發(fā)布時間：2018-07-18 15:36

【摘要】：機械臂迫切要求適用于非結(jié)構(gòu)化環(huán)境接觸任務(wù),與機械臂緊密相關(guān)的機械手抓也迫切要求靈巧抓取。本文圍繞機械手抓抓取任務(wù)的安全牢穩(wěn)和成本等問題,以及機械臂接觸任務(wù)的柔順和安全等問題,分別對基于虛擬力傳感器的簡易手抓力控制,以及二自由度串聯(lián)機械臂力跟蹤阻抗控制和力估計避碰控制進行了研究。首先,論文通過對課題的分析認(rèn)識到:課題研究對象的共性是機械手抓和機械臂同為連桿機構(gòu),其運動、動力學(xué)建模方式相同;常見的簡易機械手抓對稱部分為平行四連桿機構(gòu),其實際自由度退化為一,可以施加簡單的控制方式;基于力覺傳感器的機械手抓成本昂貴,可以通過其他易測變量間接估計作用力;常見的機械臂接觸任務(wù)需要同時滿足不同方向的力控制和位置控制效果。依據(jù)以上認(rèn)識將論文開展分為三個部分:機械手抓和機械臂的運動學(xué)、動力學(xué)模型建立基礎(chǔ);基于虛擬力傳感器的簡易手抓切換PID力控制;二自由度串聯(lián)機械臂不同方向的力跟蹤阻抗控制和力估計避碰控制。其次,論文針對課題開展的三個部分開展了以下具體研究內(nèi)容:第一部分包括:二自由度串聯(lián)機械臂的正、逆運動學(xué)和軌跡規(guī)劃;簡易手抓的運動學(xué)約束;運動-靜力學(xué)二元性原則;連桿機構(gòu)動力學(xué)模型。第二部分包括:簡易手抓的關(guān)節(jié)空間開鏈動力學(xué)模型;依據(jù)運動-靜力學(xué)二元性原則建立關(guān)節(jié)空間閉鏈動力學(xué)模型;驅(qū)動關(guān)節(jié)干擾力矩估計;依據(jù)虛位移原理估計夾持力。第三部分包括:機械臂動力學(xué)模型;逆動力學(xué)位置控制;位置內(nèi)環(huán)阻抗控制;x軸方向力跟蹤阻抗控制;y軸方向力估計避碰控制。最后,MATLAB-Adams仿真實驗結(jié)果表明論文研究內(nèi)容解決了機械手抓和機械臂的兩類問題:一是基于虛擬力傳感器的簡易手抓力控制,解決了抓取任務(wù)的安全牢穩(wěn)和成本等問題;二是不同方向的力跟蹤阻抗控制和力估計避碰控制的結(jié)合,系統(tǒng)地解決了機械臂接觸任務(wù)的柔順、安全問題。
[Abstract]:Manipulators are required to be applied to unstructured contact tasks, and manipulators which are closely related to the manipulators also need dexterous grabbing. This paper focuses on the problems of the safety, stability and cost of the grasping task of the manipulator, as well as the flexibility and safety of the robot arm contact task, and respectively controls the simple hand grip force based on the virtual force sensor. The impedance control and force estimation control of two degrees of freedom series mechanical arm are studied. First of all, through the analysis of the subject, it is recognized that the common character of the research object is that the manipulator and the manipulator are the same linkage mechanism, and their motion and dynamics modeling methods are the same; The common simple manipulator gripping symmetry part is parallel four-bar linkage mechanism, its actual degree of freedom is reduced to one, can apply simple control mode, the manipulator based on force sensor is expensive, The force can be estimated indirectly by other easily measured variables, and the common contact task of manipulator needs to satisfy the effect of force control and position control in different directions at the same time. According to the above understanding, the thesis is divided into three parts: kinematics and dynamics model of manipulator and manipulator, pid force control based on virtual force sensor. Force tracking impedance control and force estimation collision avoidance control for two DOF series manipulator in different directions. Secondly, the following specific research contents are carried out in the three parts: the first part includes: forward and inverse kinematics and trajectory planning of two-degree-of-freedom series manipulator, kinematics constraints of simple hand grip, and so on. Kinematics-statics binary principle; dynamic model of linkage mechanism. The second part includes: the joint space open chain dynamics model of simple hand grip; the dynamic model of joint space closed chain based on the principle of kinematics and statics; the estimation of disturbance moment of driving joint; and the estimation of clamping force based on virtual displacement principle. The third part includes: dynamic model of manipulator, position control of inverse dynamics, impedance control of position inner loop, x axis force tracking impedance control and y axis force estimation and collision avoidance control. Finally, the simulation results of MATLAB Adams show that two kinds of problems have been solved in this paper: one is simple hand grip control based on virtual force sensor, and the other is the security, stability and cost of grasping task. The other is the combination of force tracking impedance control and force estimation collision avoidance control in different directions to solve the problem of compliance and safety of manipulator contact task systematically.
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP241

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本文編號：2132358