机械手控制算法研究

枣庄
２７ ０ ７ １ ３）
摘 要 ： 文对 目前机 器人 柔顺 性控 制 方 法— — 阻抗 控 制 方 法 、 位 混 合 控 制 方 法 、 本 力／ 自适 应 方 法 、 能控 制 方 法 做 了较 全 面 的法 的研 究进 展 情 况 。阐述 了与 一 些 先进 的控 制算 法— — 自适 应 方 法 、 能 控 制 方 法 相 结合 是 目前 阻抗 控 制 算 法研 究 的热 点 。 智
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Ｓ ＩＮ Ｅ ＩＦ Ｒ Ｔ Ｏ Ｃ Ｅ Ｃ Ｎ Ｏ ＭＡ Ｉ Ｎ
２０ ０ ７年
第 １ 期 ０
机械手控制算法研究
（ ． 庄学 院计算 机 系 山东 １枣 枣庄
王 芳 ’ 杜 志 法 ２ ７ ６ ２枣 庄市 第十 六 中学 山东 ７ １ ０；．
１ 引 言 ．
２３自适 应 控制 策 略 ．
机 器 人 为 多 自由度 、 变 、 耦 合 的 复 合 体 ， 时 强 系统 本 身 的 位 姿 随 时 随 着 科 技 的进 步 ， 器 人 在 生 产 自动 化 中越 来 越 占有 极 其 重 要 的 机 加 有 地 位 。目前 ， 业 机 器人 已广 泛 应 用 于 生 产 自动 化 中 ， 绝 大多 数 的工 而 变 ， 上 外 部 环 境 存 在 极 大 的 未 知 性 ， 时 无 法 确定 。 针 对 这 一 特 工 而 众 ｃＴ ｃＹ ｎ 业 机 器 人 是 按 预 先 编 制 好 的程 序来 进 行 工 作 ，且 仅 限 于 对 位 置 控 制 点 ， 多 学 者进 行 了 自适 应 方 法 的 研 究 尝 试 。Ｋｕ ａ— ｏ ｇ等 采 用 自 进 在 的 。但 当 外 界 条件 发生 变 化 ． 插 入 插 销 的 动 作 发 生 了 偏 心 、 角 、 如 偏 抓 适 应 学 习 的 混 合 控 制 方 法 ． 行 了 约 束 运 动 控 制 尝 试 ． 逆 动 力 学 求 收 ＮｃｌｔＧＭ ｔ ｙ ｐｎ ｖ 取柔软物体 等， 这时工作状态就要发生变化 。 为了动作正确 ， 则机器人 解 、 敛 性 及 抗 干扰 方 面获 得 满 意 的 效 果 。 ｉｏｅｉ ． 用 Ｌ ａｕ ｏ 稳 针 对 Ｉ 就应使其动作响应外界条件的变化作 相应的调整 ， 如果此时采用位置 定 理 论 ， 对 约 束 运 动 ． 模 型 参 考 自适 应 ＰＤ控 制 的 稳 定 条 件 和判 据 进 行 了研 究 。 控 制 机器 人 ， 作 将 产 生 困 难 。 工
ｈ ｔｐ ｔｎ ｗ． ｏ ｓ ｏ ｏ
Ｋｅ ｒ ｓｒｂ ｔ ｃ ｍＤｉｎ ｅｃ ｎｒｌ ｍｐ ｄ ｎ ｅｃ ｎｒｌ ｅ ｒｌ ｅｗ ｒ ａ ａ ｔ ｅｃ ｎｒｌ ｙｗｏ ｄ ： ｏ ｏ ｌ ｃ ｏ ｔ ｉ ｅ ａ ｃ ｏ ｔ ｎ ｕ ａ ｎ ｔ ０ｋ ｄ ｐｉ ｏ ｔ ｏ ａ ｏ ｏ ｖ ｏ
主 首 由 制 方法 实 现 ， 一 些 不 确 定性 和 干扰 因 素具 有 较 强 的鲁 棒 性 。算 法将 解 决 ， 要 集 中在 ： 先 ， 于 机 器人 模 型 的不 确 定 性 而 带 来 的 位 置 跟 对 其 期 力和位置纳入统一的控制体系， 对位置 的控制避免 了使用逆 运动学方 踪 误 差 应 尽 量 最 小 化 ： 次 ， 望 实 现 的力 应 具 有 直 接 被 跟 踪 的 能 力 被 ； 将 程 的求 解 （ 运 动 学 的求 解 一 般 情 况 下 是 多 解 的 ， 至 有 时 会 产 生 病 （ 跟 踪 的 力 可 以 时 变 ）第 三 ， 阻 抗 控 制 器 用 到 不 确 定 的 环 境 刚 度 逆 甚 应 态 ）阻 抗 控 制 算 法 通 过 调 整 机械 手 的阻 抗 参 数 ， 而使 力 和位 置 满 足 和 环 境 位 置 时 ． 具 有 足 够 的 鲁 棒性 。 其 实 上 述 问 题 的 产 生 主 要 来 源 ； 从 诸 位 某 种 理 想 的 动 态关 系 。 机 器 人执 行 接 触 任 务 时 所 表 现 出关 系 的便 是 于 机 器 人 模 型 的 不 确 定 性 和 环 境 的 不 确 定 性 （ 如 环 境 的 刚 度 、 当 。 ｅｌ的算 法 较 Ｈｏａ ｇｎ的 算 法 更进 一 步 ， 法 中不 再 要 求 建 立 机 器 算 阻 抗 。因 此 ， 控 制 器 的设 计 调 整不 是 依 据 机 器 人 的位 置 ， 不 是 力 ， 置 ） Ｓ ｕ 该 也 ９ ５年 ，ｅ ｌ Ｓｕ 而 是 依 据 输 出 阻抗 。 为 了完 成 既 定 的任 务 ， 须 建 立 力 、 置 、 度 的 人精确的动力学模 型 ．只需要建立一个估计模型 即可 。１９ 必 位 速
关 键 词 ： 器人 ； 机 柔顺 控 制 ； 阻抗 控 制 ； 经 网 络 ； 神 自适 应 控 制
Ａｎ Ｒｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｈ ｎｔ ｏ ｆＭ ａ ｐ ｌ ｔ ａ ｅ ｒ ｈ ｏ ｔ ｅ Ｃｏ ｒ ｌｏ ｎｉ ｕ ａ ｏｒ
Ｗ ａ Ｆａ ｇ ｎｇ ｎ
Ｄｅ ｒｍ ｅ ｔｏｆＣｏ ｐ ｔ ｒＳ ｉｎｃ Ｚａ ｚ ａ ｇ Ｕｎｖ ｒｉｙ， ａ ｄｏ ｐａ ｔ ｎ ｍ ｕ ｅ ｃｅ ｅ， ｏ ｈｕ ｎ ｉｅ ｓｔ Ｓｈ ｎ ｎｇ， ７ １ ０ ２ ７ ６
２４智 能 控 制 策 略 ． 人 们 在 进 行 装 配 加 工 、 取 物 体 时 ， 通 过从 装 配 物 （ 工 物 ） 抓 是 加 反 上 述 三 种 策 略 各 有 优 缺 点 ．且大 多 处 于 理论 探 索 和 仿 真 阶 段 ， 无 馈 回来 的信 息 进 行 调 整 ， 调 整边 工 作 。 如 果机 器 人也 有 这种 能 力 的 边 另外 机 器人 研 究 已进 入 智 话 ． 可 以实 现 可 靠 而 准 确 地 工作 了 。 因此 ， 机器 人 研 究 中 ． 核 心 法 寻 找 一 策 略 彻 底 解 决 机 器 人 力 控制 问题 。 就 在 其 决 矛 盾 之 一 为 ： 器 人 在 特定 接 触环 境 操 作 时 对 柔性 的 高 要求 和 机 器 人 能 化 阶段 ． 定 了机 器 人 智 能 力控 制 策 略 出 现 的 必 然 性 。 具 有 代 表 性 机
２现 有 柔 顺 控 制 方 法综 述 ．
运动学 ． 然后 用 ＰＤ 调 节器 补 偿 由于 网络 学 习时 信 息 不 足 而产 生 的误 Ｉ
到 目前 为 止 ． 产 中应 用 的机 器 人 执 行 的绝 大 多 数 任 务 还 仅 限于 差 的 方 法 ．作 者 对 该 方 法 做 了 在 环 境 已知 和 环 境 未 知 两 种 情 况 下 仿 生
用传感器得 到的力信 息经过处 阻 抗 关 系 式 ， 过输 入 力 矩 值 ， 机 器 人 输 出 位 置 和 力 ， 实 现 设 定 的 做 了将 控制器运用 到未知环境 的实验 ， 通 使 来 得 阻 抗 关 系 式 。 此调 节 机器 人 的阻 抗 参 数 便 是 该 算 法 研究 的难 点 和 重 理来 代 替 未 知 环境 刚度 ， 到 了 只有 对 环 境 位 置 的估 计精 确 度 在 一 定 因 界 内 时 精 确 的 力跟 踪 才 能 被 保 证 的结 论 。２ ０ ｏ ２年 ，ｅ ｌ 位 置 控 制 算 Ｓｕ将 点之一。
未作实验。ｘｕＹ ｇｈ ｎ 等提 出了主动柔顺 和被动柔顺 相结合的 ａ ｓｅ ｇ ｎ 位置控制的范畴（ 机器人与工作表面不接触 ）将力控制应用于生产实 真 ， ， 研 采用 模 糊 控 制 的 方 法 ， 施 插 。从 研 究 实 Ｌ 践 中的 例 子 还 比较 少 见 。 生 这 种 状 况 的 原 因之 一 主 要在 于机 器 人 与 观 点 ． 制 了相 应 的机 械 腕 ， 产 智 尚未 形 成 独 立 的控 制 策 略 ， 仅仅 工 作 环境 的接 触 会 造 成 系 统 的 不 稳 定 （ 生 振 荡 ）以 至 于 像 执 行 擦 拭 成 果 来 看 ． 能 控 制 仍 处 于 起 步 阶 段 ， 产 ， 工件表面等这样简单任务都是相当困难的。由此看来 ， 机器人柔顺控 将 智 能 控 制 原 理 如 模 糊 和 神 经 网络 理 论 对 以往 研 究 中 无 法 解 决 的难 题 进 行 新 的尝 试 ， 具 有 一 定 的局 限 性 。 仍 制 方 法 的研 究 还 远 未 成 熟 。 处 于 研 究 发 展 阶段 ＿ 仍 Ｉ Ｉ 。
Ｃ ｎ ｏｌ ［ 多 层 前 向神 经 网络 用 于 力， 混 合 控 制 ， 据 检 ｙ等 ５ １ 将 位 根 在 自由空 间 操 作 时 对 位 置 伺 服 刚 度 及 机 械 结 构 刚 度 的 高 要 求 之 间 的 的 研 究 ：ｏｎ ｌ 并进 行 了 插 Ｌ 矛 盾 。而 解 决 这 种 矛盾 主 要方 法 之 一 就 是 在 机 器 人 上 装 力 传 感 器 ， 以 测 到 的 力 和 位 置 由 神 经 网 络计 算 选 择 矩 阵和 人 力约 束 ， 实 验 ： ｈａ Ｊ ．ｈｎ — ｏＨｕ ｇ提 出 了 用 神 经 网 络 学 习 机 器 人 逆 Ｃ ｉ—ｕＷｕＣ ｉｇ Ｈｕ ｎ 实现柔顺控制（ｏ ｐｉ ｃ ｏ ｔ １ ｃｍ ｌ ｅｃｎｒ ） ｎ ａ ｏ。
Ａｂ ｔ ａ ｔＩ ｈ ｓ ｐ ｐ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ｎ ｏ ｌ ｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｆ ｒ ｂ ｔ ｕ ｈ ｓ ｉ ｅ ａ ｃ ｏ ｔｏ ，ｆ ｒ ｅ ｎ ｙ ｉ ｏ ｔｏ ，ａ ａ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ａ ｄ ｓｒ ｃ ：ｎ ｔ ｉ ａ ｅ ｈ ｐ ｅ ｅ ｔ ｃ ｍｐ ｉ ｃ ｏ ｔｏ ｓ ｏ ｏ ，ｓ ｃ ａ ｍｐ ｄ ｎ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｏ ｃ ａ ｄ ｈ ｂｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｄ ｐ ｉ ｏ ｔｏ ｎ ａ ｏ ｄ ｖ
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