在人們的預(yù)期中,機(jī)器人可以在日常環(huán)境中完成與人類的互動(dòng)和親密接觸,同時(shí)也可以在工業(yè)場景中幫助人類進(jìn)行復(fù)雜及體力要求高的工作。這種共存與協(xié)作的實(shí)現(xiàn)前提是保障人類的安全,及時(shí)防止可能發(fā)生的意外碰撞,在安全可靠的基礎(chǔ)之上,對(duì)不可避免或有意的物理接觸進(jìn)行處理,并做出基于感知的運(yùn)動(dòng)反應(yīng),這也是物理人機(jī)交互（pHRI）發(fā)展的核心問題。因此,本文針對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器人結(jié)構(gòu),旨在探究無外部傳感器的情況下,實(shí)現(xiàn)人機(jī)安全物理交互的可能性,主要從碰撞檢測、時(shí)變閾值、意圖檢測和外力信息等方面進(jìn)行了研究與討論。首先,建立準(zhǔn)確的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型是本文研究工作的基礎(chǔ)。采用結(jié)合了旋量理論的牛頓-歐拉法對(duì)動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行推導(dǎo),降低傳統(tǒng)建模方法的計(jì)算復(fù)雜程度,提高了快速性與實(shí)時(shí)性。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的更準(zhǔn)確描述,提出一種利用最小二乘思想的參數(shù)辨識(shí)方法,對(duì)建立的關(guān)節(jié)非線性摩擦模型進(jìn)行了準(zhǔn)確辨識(shí)。之后在驗(yàn)證模型正確的前提下,引入并優(yōu)化了基于廣義動(dòng)量的擾動(dòng)觀測器,實(shí)現(xiàn)外部擾動(dòng)的跟蹤。提出一種基于誤差補(bǔ)償?shù)臅r(shí)變閾值建立方法,改善傳統(tǒng)的固定閾值在碰撞過程中的檢測精度問題。以上研究旨在確保人機(jī)共存時(shí)人類的安全性,以此為基礎(chǔ),本文對(duì)物理人... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

物理人機(jī)交互：左上圖是阿西莫夫的機(jī)器人小說Robbie中的一幕，右上圖是科幻電影鋼鐵俠中展現(xiàn)的人與機(jī)械臂協(xié)同工作，左下方是一個(gè)人與KUKA的LWR-III型機(jī)器人互動(dòng)，右下圖是與DLR的類人上半身系統(tǒng)Justin互動(dòng)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文機(jī)器人上安裝傳感器（如機(jī)載視覺[7]或 RGB-D 深度攝對(duì)位置，預(yù)判人機(jī)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，評(píng)估危險(xiǎn)指數(shù)，并采取相的發(fā)生[9-10]，如圖 1-2 所示。為此，有幾種反應(yīng)性運(yùn)動(dòng)檢測到機(jī)器人即將發(fā)生碰撞時(shí)，調(diào)整機(jī)器人姿態(tài)并采用撞或使?jié)撛谂鲎矀ψ钚�。這些措施可以較好地提高機(jī)傳感器易受外部環(huán)境的影響，且需要處理的信息量較大潛在危險(xiǎn)檢測的準(zhǔn)確性有一定影響。

圖 1-3 基于視覺傳感器的實(shí)時(shí)避碰與路徑規(guī)劃.2.2 機(jī)械臂碰撞檢測技術(shù)碰撞檢測技術(shù)作為物理人機(jī)交互發(fā)展的核心，其目的是解決不可避免或預(yù)測的碰撞接觸過程中人類的安全問題。同時(shí)，以碰撞檢測為基礎(chǔ)衍生出觸檢測技術(shù)，一定程度上為人機(jī)交互過程提供了觸覺相關(guān)的通道。機(jī)器人與人類一旦發(fā)生不可避免的碰撞，很大可能會(huì)造成人身傷害或更的后果，如德國大眾集團(tuán)工廠的悲劇事件，22 歲的技術(shù)人員遭遇機(jī)器人撞幸身亡[21]。為了在最壞的情況下依然可以保障人的安全，機(jī)器人自身必須感知到碰撞并做出及時(shí)的反應(yīng)。因此當(dāng)撞擊發(fā)生后，盡可能快地檢測在機(jī)任何地方發(fā)生的碰撞就成了首要任務(wù)。國內(nèi)外的研究人員在這一領(lǐng)域做出少的努力，形成了多種檢測方法，目前常見的碰撞檢測方法可通過有無使感器來進(jìn)行分類。（1） 無外部傳感器的碰撞檢測方法最直觀和容易理解的方案是將機(jī)械臂的輸出力矩（或電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流）

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 王田苗,陶永.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2014(09)

博士論文
[1]協(xié)作機(jī)器人零力控制與碰撞檢測技術(shù)研究[D]. 陳賽旋.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[2]基于表面肌電信號(hào)的人機(jī)動(dòng)作信息傳遞研究[D]. 梁培棟.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[3]多自由度串聯(lián)機(jī)器人關(guān)節(jié)摩擦分析與低速高精度運(yùn)動(dòng)控制[D]. 吳文祥.浙江大學(xué) 2013

碩士論文
[1]機(jī)械臂的碰撞檢測研究[D]. 趙漢杰.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]工業(yè)機(jī)器人的碰撞辨識(shí)與安全控制[D]. 吳國魁.福州大學(xué) 2014



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