基于力反饋數(shù)據(jù)手套的多指靈巧手主從控制的研究.pdf

1、機器人所處的環(huán)境具有復雜性、動態(tài)性和不可預測性，另外受計算機技術(shù)、控制理論、人工智能和機構(gòu)等支撐技術(shù)發(fā)展的制約，要研制出能在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下進行完全自主工作的機器人還難以實現(xiàn)。在這種情況下，一個自然的想法是利用一個裝置將人的經(jīng)驗智能和機器人的自主功能相結(jié)合，將人作為控制系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)參與到機器人的控制中，以實現(xiàn)人感知能力和行為能力的延伸，力反饋數(shù)據(jù)手套就是這樣的裝置。因此，力反饋裝置以及使用力反饋裝置控制機器人末端執(zhí)行器是一個重要的研究

2、領(lǐng)域。本論文的研究目的是：以克服傳統(tǒng)力反饋數(shù)據(jù)手套的缺點為目標，研制一種新型的力反饋數(shù)據(jù)手套，并以該手套作為主手，HIT/DLR靈巧手作為從手進行主從控制的研究。
　　為克服傳統(tǒng)外骨骼力反饋數(shù)據(jù)手套驅(qū)動與外骨骼機構(gòu)分離(導致結(jié)構(gòu)臃腫)；使用時必須和操作者手指指節(jié)固連(影響力覺臨場感)；不能直接測量指尖交互力(影響力覺臨場感)的缺點。本文研制了一模塊化、多傳感器、高集成度的新型力反饋數(shù)據(jù)手套，該力反饋數(shù)據(jù)手套基于平行四邊形關(guān)節(jié)和鋼絲

3、繩耦合傳動機構(gòu)，能夠圍繞人手作外骨骼包絡運動，并能在彎曲和伸展方向上實現(xiàn)指尖力反饋。
　　通過分析、比較各種主從控制體系優(yōu)缺點，以力/位置雙通道主從控制結(jié)構(gòu)作為本論文實現(xiàn)主從控制及時延主從控制的基本框架。對主端的力反饋數(shù)據(jù)手套設(shè)計了兩種控制模式，指尖位置控制和力跟蹤控制，控制模式的切換主要取決于從端靈巧手所處的狀態(tài)，當靈巧手處于自由空間時，主端采用位置控制，當處于約束空間時，主手采用力跟蹤控制。指尖位置控制保證操作者自由空間運動的

4、無約束感，力跟蹤控制確保約束空間的真實力感?？朔藗鹘y(tǒng)力反饋數(shù)據(jù)手套不能明顯區(qū)分接觸和非接觸狀態(tài)的缺點。
　　為保證從端靈巧手與環(huán)境交互的穩(wěn)定性，在分析機器人與環(huán)境交互的穩(wěn)定性基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于力的關(guān)節(jié)空間的自適應阻抗控制器作為從端的控制策略。并針對主從端機器人系統(tǒng)的強非線性、摩擦以及系統(tǒng)的不確定性，設(shè)計了基于名義動力學模型的速度觀測器和擾動觀測器(DOB)，前者用以改善速度信號的品質(zhì)，后者做為內(nèi)環(huán)補償器用于估計系統(tǒng)的干擾并對其進

5、行補償。
　　針對遙操作系統(tǒng)中時延對系統(tǒng)穩(wěn)定性和透明性的影響，基于史密斯預測控制(Smith predictor)方法設(shè)計了力/位置主從遙操作系統(tǒng)，通過分析該系統(tǒng)的透明性和穩(wěn)定性，可以得出基于史密斯預測控制的遙操作方法與無源性方法相比，能夠獲得更好的透明性和穩(wěn)定性。由于史密斯估計器的性能依賴于模型準確性，針對該問題本文提出了在從端采用擾動觀測器的方法使得主端和從端的模型相匹配，克服了史密斯預測控制對線性模型的依賴性。
　　最