水下作业机械灵巧手接触力控制方案的研究
触觉传感器发展历程、功能、分类以及应用的解析
触觉传感器发展历程、功能、分类以及应用的解析
触觉是接触、滑动、压觉等机械刺激的总称。
多数动物的触觉器是遍布全身的，像人类皮肤位于人的体表，并且遍布全身，触觉器有很多种，有的感觉冷热，有的感觉痛痒，还有的感觉光滑或是粗糙，不同部位的皮肤对不同个东西的触觉不一样，这是因为不同感受器分布的数量和种类不同。
人类的脸部、嘴唇、手指等部位的各种感受器很多，所以这些部位的感觉很敏感。
人类皮肤的感知都是定性却无法定量。
而触觉传感器可以模仿人类皮肤，更让人惊叹的是，还可以把温度、湿度、力等感觉用定量的方式表达出来，甚至可以帮助伤残者获得失去的感知能力。
比如一款新型毛状电子皮肤，能使机器人快速分辨出呼吸引起的轻微空气波动或者微弱地心跳震动。
这款传感器甚至比人类皮肤更敏感，能够广泛应用于假肢、心率监视器以及机器人。
触觉传感器的主要功能
检测功能
检测功能包括对操作对象的状态、机械手与操作对象的接触状态、操作对象的物理性质进行检测。
识别功能
识别功能是在检测的基础上提取操作对象的形状、大小、刚度等特征，以进行分类和目标识别。
触觉传感器的发展历程70 年代国外的机器人研究已成热点，但触觉技术的研究才开始且很少。
当时对触觉的研究仅限于与对象的接触与否接触力大小，虽有一些好的设想但研制出的传感器少且简陋。
80 年代是机器人触觉传感技术研究、发展的快速增长期，此期间对传感器设计、原理和方法作了大量研究，主要有电阻、电容、压电、热电磁、磁电、力、光、超声和电阻应。
水下机器人S面控制器的免疫遗传算法优化
Ｉ ｍｕ ｅ ｇ ｎ ｔ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｏ ｎ ｅ ｗａ ｅ ｅ ｉｌ ｕ ｆ ｃ ｏ ｔ ｏ ｌｒ ｍ ｎ － ｅ ｅ ｉ ｏ ｔｍｉ ａ ｉ ｆ ｄ ｒ ｔｒｖ ｈ ｃｅＳ ｓ ｒ ａ ｅｃ ｎ ｒ ｌ ｃ ｏ ｕ ｅ
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李
摘
晔， 永杰，万 庞
磊， 常文 田， 梁 霄
（ 尔滨工程 大学 船舶 工程 学院，黑龙江 哈 尔滨 １ ０ ０ ） 哈 ０ １ ５ 要： ｓ面控制器是实践证明有效的水下机 器人 的运动控 制器算 法，但参数调整 困难． 如何针对特定载体选取最佳 的
1000字智能机器人对未来有什么影响的毕业论文
1000字智能机器人对未来有什么影响的毕业论文篇一：智能机器人毕业设计开题报告毕业论文（设计）开题报告姓名学号院系机电工程学院专业年级指导教师2021年 03 月 20 日填表说明1．原则上应于最后一学年第一学期完成毕业论文（设计）的选题和开题工作。
2．本表由学生在开题报告经指导教师指导和指导教师小组集中开题指导并修改后填写。
指导教师和答辩小组在学生填写后，应在本表相应新闻节目里顺序排列填写确认性意见。
本表最后由院（系）盖章备案保存。
3．学生应执行本表撰写毕业论文（设计），不得作实质性改变。
学生须在所在院（系）规定的三十天内学术论文完成毕业论文（设计）并参加答辩。
4．毕业论文（设计）的具体提议请参阅《新乡学院学术论文（设计）工作条例》和《新乡学院学术论文（设计）写作与排版打印规范》。
5．本表可到教务处网站下载，正反双面打印。
选题的研究现状国外现状：从上世纪50年代起，为了满足长距离管道的自动清理及检测的需求，英、美等国迅即开展了这方面的研究，其最初的成果是在1965年，美国Tuboscope公司采用漏磁检测装置Linalog首次成功进行了管内检测，尽管当时尚属于定性检测，但不具划时代的意义。
国内现状：我国从20世纪90年代初期，开始了管道探伤机器人的研发工作，国内较研究课题早进入该研究领域的有哈尔滨工业大学、清华大学、上海交通大学、中国石油天然气管道局等单位。
相比较而言，我国的地下管道检测技术仍处于起步探索阶段，大部分检测管道腐蚀的技术都停留在管外检测，方法传统落后。
各种管道探伤机器人仍在研究中，成熟的产品尚未开发出来。
尽管某些科研单位己经研制出了几种功能样机，但它们须要对空管道通过进行检测，难以满足工程上为的要求。
篇二：智能机器人论文智能机器人的前途发展与应用前景摘要本文介绍干晓磊了智能机器人的发展战略概况、机器人的感官系统、机器人运动系统内人工智能技术在机器人中的应用,智能机器人是一个在感知-思维-效应方面全面模拟人的机器系统,外形不一定像人。
综述报告格式模板
浙江理工大学本科毕业设计（论文）文献综述报告随着机器人应用领域日益扩大,自动化水平不断提高,特别是在水下、高空及危险的作业环境中, 迫切希望能给机器人末端赋予一个类似人手的通用夹持器,以便在危险、复杂及非结构化的环境中,适应抓取任意形状的物体，完成各种复杂细微操作任务的要求,机器人多指灵巧手正是为了适应这一需要而提出的[1] 。
2 国外多指手发展历史及研究成果目前，国内和国外都有一些非常有代表性的多指灵巧手被制造出来。
国外多指手的研究始于20 世纪70 年代,其中具有代表性的早期灵巧手有: 日本“电子技术实验室”的okada灵巧手[2]。
如图1 所示，该手有3个手指, 一个手掌, 拇指有3个自由度, 另两个手指各有4个自由度。
各自由度都由电机驱动,并由钢丝和滑轮完成运动和动力的传递。
这种手的灵巧性比较好, 但由于拇指只有3个自由度, 还不是最灵巧的手。
另外, 在结构上, 各个手指细长而单薄, 难以实现较大的抓取力和操作力[3]。
图1 okada 灵巧手美国斯坦福大学研制的stanford/jpl手，也是一种非常具有代表性的多指灵巧手。
如图2 所示，这种手没有手掌，共有3个手指，每根手指有3个关节，拇指相对另两个手指而立。
手指内采用的也是腱、滑轮传动方法。
这种手的自由度较少，易于设计、制造和控制，所以，目前对这种手的研究比较多，也出现了许多与其相类似的手。
国内北航研制的多指灵巧手就是一种仿jpl手[5,6]，也有3个手指，每指3个关节，外表结构也极其相似。
国防科大研制的多[4] 指手的模型[7]，也是一种仿jpl的手。
这种手由于每个手指的自由度只有3个，在抓取物体时，抓取点（指尖位置）一旦确定后，其抓取姿态就唯一确定。
因此，实际上手指没有冗余关节，也就没有抓取的柔性，无法像人手一样进行灵巧的抓取和操作[5]。
图2 stanford/jpl 灵巧手图3 utah/mit 灵巧手1982年美国麻省理工学院和犹他大学联合研制了 utah/mit灵巧手[8,9] 。
平面二关节机械人手设计
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高新 技 术
平面二关节机械人手设计
周佳云
(绍兴文理学院机电系
浙江绍兴
1 3 2000 )
机器人灵巧手的重要组成部分驱动系统， 它的驱动系统由驱动器和传动系统两部分组 摘 要: 本文主要描述了平面二关节机械人手设计， 成 。 灵巧手存在的缺点以及解决方法。 关键词:平面二关节 机械人手 设计 文章编号: 1672一 3791(2007)04(b )一 0003一 1 0 文献标识码: A 中图 分类号:TP24 1 在2 世纪初， 1 随着自 动化加工设备的不断 更新和发展， 工业机器人正在逐渐代替某些领 域的加工。工业机器人手或操作器已应用于 工业生产中， 并逐步代替繁重的手工操作. 这些任务的自动化主要受多功能手爪或操作 工具开发的阻碍。传统的工业机器人末端夹 持器灵活性差、缺少感知能力和精确的力控 制等缺点， 多指机器人手的研究受到很多学者 的关注。多指手从结构与功能 上 模仿人手， 以实现对多种物体的灵巧操作和精确的力控 制， 因此具有解决一些复杂作业问题的可能 性。其主要应用范围有: 作为智能机器人的 手、危险环境下的精密操作及空间机器人技 术等川 。人手的灵 巧特性， 现已成为机器人学 者进行机器人手设计及实现其灵活制的思考 源泉。为了使机器人的末端操作器能象人手 一样对不同形状和不同性质的物体具有抓、 握、夹、拿等功能， 可以把人手的动作划分抓 型、握型和央型川。为了提高机器人的智能 化水平和作业水平， 越来越多的机器人学者对 多手指灵巧手感兴趣， 机器人多指灵巧手抓取 和操作的研究已经成为当今科技领域中一个 重要的研究主题!21。本文介绍平面二关节机 械人手设计， 机器人灵巧手的重要组成部分驱 动系统， 它的驱动系统由驱动器和传动系统两 部分组成。灵巧手存在的缺点以及解决方法。 1 驱动器 驱动系统是机器人灵巧手的重要组成部 分， 对系统的性能和操作能力具有决定性的作 用。在一般情况下， 灵巧手的驱动系统由驱动 器和传动系统两部分组成。驱动器是驱动系 统的核心部件， 用以产生运动和力， 传动系统 将运动和力从驱动器传递到灵巧手手指的关 节。灵巧手用驱动器的技术指标主要包括输 出力矩、速度、 质量、 体积、 可靠性、 控制性 能和功耗等。到目前 为止， 指灵巧手绝大多 多 数采用了电驱动， 部分采用了电液驱动、气压 驱动和形状记忆合金等驱动方式。
工业机器人 论文初稿
湖南科技大学能源与安全学院课程论文题目工业机器人浅析课程名称姓名陈昕学号 0801040233专业工业工程目录一、机器人的组成 (1)二、国内外机器人发展趋势 (1)1、机器人发展过程 (1)2、国内机器人发展趋势 (2)3、国外机器人发展趋势 (2)三、工业机器人的应用 (3)四、目前研究热点 (5)五、工业机器人产业发展模式的探讨 (6)六、结论 (7)参考文献 (7)工业机器人浅析摘要:从机器人诞生到现在，机器人技术经历了一个长期缓慢的发展过程。
随着计算机技术、微电子技术、网络技术等的快速发展，机器人技术也得到了飞速发展。
除了工业机器人水平不断提高之外，各种用于非制造业的先进机器人系统也有了长足的进展。
机器人技术代表了机电一体化技术的最高研究成果，涉及机械工程、电子技术、计算机技术、自动控制理论及人工智能等多门学科，是当代科学技术发展最活跃的领域之一。
机器人的研究、制造和应用程度，是一个国家或公司科技水平和经济实力的象征。
目前，国际上许多大公司都在竞相研制各类先进机器人，向人们展示其实力。
机器人是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。
在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。
关键词：工业；机器人；技术；应用；发展一、机器人的组成机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。
执行机构即机器人本体，其臂部一般采用空间开链连杆机构，其中的运动副（转动副或移动副）常称为关节，关节个数通常即为机器人的自由度数。
出于拟人化的考虑，常将机器人本体的有关部位分别称为基座、腰部、臂部、腕部、手部（夹持器或末端执行器）和行走部（对于移动机器人）等。
驱动装置是驱使执行机构运动的机构，按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人进行动作。
它输入的是电信号，输出的是线、角位移量。
机器人使用的驱动装置主要是电力驱动装置，此外也有采用液压、气动等驱动装置。
检测装置的作用是实时检测机器人的运动及工作情况，根据需要反馈给控制系统，与设定信息进行比较后，对执行机构进行调整，以保证机器人的动作符合预定的要求。
湘教版美术五下《聪明的机器人》教案设计
教学目标：1、学习设计机械手和制作机器人模型的方法。
2、掌握机械立体形的画法，运用各种媒材进行机器人造型活动。
3、发展空间想像力，初步形成设计应用意识。
培养探索科技的兴趣和热情。
教学重点：学习设计机械手和制作机器人模型的方法。
教学难点：掌握机械立体形的画法，能运用各种媒材进行机器人模仿造型活动。
第一课时教学过程：一、欣赏导入1、欣赏机器人动画和影像片断。
2、引导提问：你了解机器人吗?你是从哪里了解到机器人的有关信息的?学生自由交流，谈论机器人。
3、认识机器人：你认为机器人是什么呢?是人吗?是机器怎么又叫机器人呢?我们给它取名机器人，并不是因为它像人的样子，而是因为它具有与人相似的智能水平和一定的思维能力，并且具有在人类不可接触的环境中进行工作活动的特殊功能。
正因为这样，我们才惊讶机器人的聪明程度。
板书课题：聪明的机器人。
二、认知结构，尝试训练。
1、了解机器人的作用。
引导思考：机器人到底有什么特别之处呢?我们来看一看机器人的类型有哪些，分别都能做什么。
机器人分为两大类：即工业机器人和特种机器人。
所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。
而特种机器人则是除工业机器人之外的、用于非制造业并服务于人类的各种先进机器人。
包括：服务机器人、水下机器人、娱乐机器人、军用机器人、农业机器人、机器人化机器等。
在特种机器人中，有些分支发展很快，有独立成体系的趋势，如服务机器人、水下机器人、军用机器人、微操作机器人等。
机器人的类型不同，它的作用也就不同。
2、认识机械手的造型特征。
一般讲的工业机器人，就是机械手臂，代替人类进行一些特殊性工种的工作，根据你看到的这些机械手图片，说一说机械手臂的外形特点。
学生讨论，自由发言。
机器人的手一般由方形的手掌和节状的手指组成。
教师介绍北京航空航天大学机器人研究所研究与开发的“多指灵巧手”。
3、自主尝试机械形体画法。
看书分析机械形体是怎么画的，试一试螺丝帽的立体形的画法。
面向狭小空间作业的超冗余机器人轨迹规划及控制研究
面向狭小空间作业的超冗余机器人轨迹规划及控制研究一、概要在当今社会，随着科技的飞速发展，机器人已经逐渐渗透到我们生活的方方面面。
对于狭小空间的作业任务来说，传统机器人在导航和灵活性方面往往受到限制。
针对狭小空间作业的超冗余机器人轨迹规划及控制的研究具有重要的意义和实际应用价值。
本文首先介绍了超冗余机器人的概念及其特点，然后详细阐述了其在狭小空间作业中的优势和应用场景。
本文对超冗余机器人的轨迹规划和控制进行了深入的研究，包括路径规划、速度规划和姿态控制等方面。
通过仿真分析和实验验证了本文所提出方法的有效性和可行性。
本文的研究成果为狭小空间作业的机器人提供了新的解决方案，有助于提高工作效率、降低成本并减少安全隐患。
本文的研究也为相关领域的研究者提供了有益的参考和借鉴。
1. 背景与意义随着科技的飞速发展，机器人技术已经逐渐渗透到我们生活的方方面面。
在一些特殊环境下，如狭小空间作业，传统的机器人很难完成复杂的任务。
研究面向狭小空间作业的超冗余机器人轨迹规划及控制具有重要的意义和背景。
狭小空间作业环境具有高度复杂性，这使得传统的机器人控制方法难以满足实际需求。
超冗余机器人的出现为解决这一问题提供了新的思路。
通过设计具有多个自由度和高度灵活性的机器人结构，超冗余机器人能够在狭小空间中完成复杂、高难度的任务，从而提高工作效率和安全性。
超冗余机器人在轨迹规划和控制方面也具有很高的研究价值。
针对狭小空间作业的特殊需求，研究者需要深入探讨机器人的运动学、动力学特性以及控制系统设计等问题。
通过对这些问题的研究，可以为超冗余机器人在狭小空间作业中提供更加精确、高效的运动控制方案。
面向狭小空间作业的超冗余机器人轨迹规划及控制研究还具有广泛的应用前景。
在航天器维修、地下管道检测、军事侦察等领域，超冗余机器人都可以发挥重要作用。
通过对该技术的深入研究和应用，可以为相关领域的技术进步和产业升级提供有力支持。
面向狭小空间作业的超冗余机器人轨迹规划及控制研究具有重要的意义和背景。
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第23卷第4期2008年12月安 徽 工 程 科 技 学 院 学 报JournalofAnhuiUniversityofTechnologyandScienceVol.23.No.4Dec.,2008
收稿日期:2008-08-10 基金项目:863国家高技术研究发展计划基金资助项目(2006aa04z244)作者简介:许德章(1964)),男,安徽庐江人,教授,博士.
文章编号:1672-2477(2008)04-0001-04水下作业机械灵巧手接触力控制方案的研究许德章,杨 明,汪步云(安徽工程科技学院机械工程系,安徽芜湖 241000)
摘要:基于水下精细作业任务需求,阐述了手爪关节驱动形式的选择过程,满足水下作业灵巧手体积小、效率高、负荷大、结构相对简单的要求.并在此基础上,探讨了接触力控制液压回路设计的基本思路,双闭环接触力控制系统的工作原理.为了精确地控制手指与目标间接触力,液压伺服单元选用Moog公司的D633系列伺服阀,实现接触力连续控制.关 键 词:水下作业;手指;接触力;控制系统中图分类号:TH137.7 文献标识码:A
引 言水下工程与装备在国民经济与国家战略中占有重要位置[1].目前,所见到的商业化水下作业机械手一般都是开合型夹持器,例如Bauman'sMoscowStateTechnicalUniversity研制的各类水下机械手[2].与工业机器人夹持器相比,其结构基本相同,工作原理类似,只是为了适合水下特殊作业环境,且满足大负荷要求,通常采用液压驱动形式.开合型夹持器只能完成水下钢索、电缆剪断或切割等简单操作,作业范围有效,精细程度不足.因此,研制一种能满足水下精细作业要求的机械(水下作业灵巧手)是水下工程的迫切要求.从技术角度看,机械手若具备水下精细作业能力,需要满足一系列技术条件,如手爪本身的结构(自由度和关节个数),作业环境感知能力等.其中,作业环境感知能力是完成水下精细作业的先决条件.例如,在打捞水下易碎物品时,就需要精确控制手指与抓取目标间的接触力,接触力过大会造成物品损坏,过小物品从手指间滑落.多年来,国内外专家一直致力于手指与目标间接触力控制研究,从不同角度探讨解决方案.1992年,日本的KiyoshiOhishi从理论上探讨,在没有力传感器的条件下,借助H]加速度控制器,寻求解决机械手操纵力控制问题的可行性[3].遗憾的是水下作业环境可变因素太多,是一个典型的非特定作业环境,难以建立准确的模型,在没有力传感器的条件下,难以实现真正意义上的力控制.手指与目标间接触力控制的策略主要有力/位混合控制(HybridPosition/ForceControl)[4]和阻抗控
图1 手爪样机制(ImpedanceControl)[5]两种基本方法,其他方法一般都是在这两种基本方法基础上加以改进或综合,如美国的YongCui针对水下作业特点,设想利用阻抗和力/位混合控制各自的优点,通过权重的模糊选择,将阻抗和力/位混合控制综合成一体,形成统一的控制策略[6];再如,美国J.Yuh设计一个干扰观测器(Disturb-anceObserver),用干扰观测误差综合反映水下作业系统的非线性和不确定性[7].综合国内外在机械灵巧手,尤其是水下精细作业方面的研究成果,我们研制的机械灵巧手采用6关节、3手指结构.为了满足水下大负荷、小体积的特殊需要,3个指关节采用3只液压缸驱动,3个根关节共用1只摆线马达驱动,样机如图1所示.针对机械灵巧手液压驱动技术方案,本文从手指与目标间接触力控制的角度,着重阐述控制系统的物理配置和组成方案,为系统性能分析、控制器设计等后续问题探讨,提供一个顶层框架.1 灵巧手关节运动功能分析不管灵巧手完成何种作业任务,握住或抓住1个物体或目标是其应该具备的基本功能.灵巧手抓取目标通常分包络抓取(EnvelopingGrasp)和精密抓取(PrecisionGrasp)两大类[8].包络抓取的主要特征是手指、手掌与目标间有较大接触区域,能牢牢抓住目标,手指操纵目标的灵巧性很差.精密抓取的特征是仅手指的指尖与目标接触,手指对目标操纵的灵活性得到充分发挥.当强调抓取的稳定性时,通常选择包络抓取;当强调对目标操纵的灵活性时,一般选择精密抓取.灵巧手能握住目标,需满足对目标的约束条件,即灵巧手的手指在目标周围合理分布,获得形封闭、力封闭或平衡抓取条件的满足.灵巧手完成目标抓取作业可分为接近目标、执行抓取和操纵目标三个基本阶段.根据作业任务性质和特点,接近目标阶段可以进一步细分为目标识别、抓取模式选择、目标接触面或点的选择、手指移动轨迹的确定、手的预成形等,这一过程主要实现目标形状特征获取和抓取规划两项基本功能,是关节控制指令生成的前期准备工作,属于关节伺服控制的上一层任务.手的预成形、抓取和目标操纵的动作执行需要关节驱动器完成,即属于关节伺服控制完成的功能.机械手一般有旋转、移动两种基本关节类型,本灵巧手的根关节为旋转关节,由液压马达驱动;3个指关节为移动关节,由液压缸驱动.以液压马达和液压缸为执行元件的液压伺服系统,只能控制执行元件的运动方向、运动速度、负载驱动能力3个基本物理量,即液压马达的正转与反转,转动的速度,输出转矩;液压缸活塞杆的正向与反向移动,活塞杆的移动速度和驱动力.据此,灵巧手执行目标抓取与操纵任务的动作虽然复杂,但应由根关节液压马达旋转和指关节液压缸活塞移动的基本动作组合实现.表1 液压系统主要元件型号列表名称标号生产厂家型号主要参数数量
液压动力源PPH4/6.3DanfossPPH4旁路电磁阀线圈电机电机转速1000rad/min,Fmax=0.058m3/s,P=2.5~14MPa直流24V单相交流,220V,0.75kW1节流阀F3/F6DanfossVOH30MPmax=14MPa,Fmin=0.05m3/s4液压马达MAHDanfossMVM160MAH4Fmax=0.29m3/s,Mmax=8N.m,Pmax=3.2kW,W=4.1kg1
水压缸G1/G2/G3DanfossAQ70FD25/12*100内径=25mm,活塞杆直径=12mm,行程=100mm3压力控制阀F7/F8MoogD6303Pmax=35MPa2
2 灵巧手关节驱动液压系统设计根据以上关节运动功能分析,液压系统需要满足如下要求:(1)为了实现手指趋近和离开目标两个基本动作,液压马达和液压缸需具备正、反两个方向的运动功能,即液压回路具备流体介质换向功能;(2)为了满足手指趋近和离开目标运动速度的控制要求,液压回路需具备流体流量控制功能.根据精细作业任务的要求,流量必须连续控制,且应由电脑自动完成;(3)为了实现手指与目标间接触力连续可控的功能,液压驱动元件进出口间的压力差必须连续可控.依据以上3点要求,设计的液压回路如图2.其中虚线部分为液压动力源PPH4,包括电机M、液压泵PA、高压油箱Q、单向阀F1、安全阀F2、压力表M1、过滤器F等.驱动手指1、手指2、手指3的3个液压缸分别为G1、G2、G3,其流量通过节流阀F5初步设定;液压马达MAH是根关节驱动元件,其流量通过F4初步设定.液压缸和液压马达流量的精细调节通过液压伺服阀F7、F8,由DSP自动控制.节流阀F6、F3为3只液压缸G1、G2、G3和液压马达MAH提供背压.F7和F8选用美国Moog公司的伺服比例阀,借助F7和F8对流量和压力的连续控制,实现手指接触力精确控制.经过必要的工程核算,图2的液压系统主要元件选型如表1,液压系统样机如图3所示.
#2#安 徽 工 程 科 技 学 院 学 报2008年图2 液压系统原理图图3 液压系统样机3 手指接触力控制的实现
图4 伺服阀内部控制流程虽然,液压马达MAH和液压缸G1、G2、G3的进口压力可以由F7和F8精确控制,但MAH和G1、G2、G3的出口背压由F3和F6初步设定,不是常量,而MAH输出转矩和G1、G2、G3活塞驱动力受其进出口压差控制.因此,近依赖控制MAH和G1、G2、G3的进口压力,无法实现马达MAH输出转矩和液压缸G1、G2、G3活塞驱动力的精确控制,也就是不能精确控制手指与目标间的接触力.由此可见,进口压力与手指接触力存在比较复杂的非线性关系.为了精确控制手指接触力,控制系统需要配置指力传感器,构成力闭环控制系统.该系统选用的MoogD633系列伺服阀是一个高度集成的液压伺服模块,阀芯由伺服电机驱动,并集成了阀芯位置检测、反馈、电机PWM控制和电机功率驱动等单元,工作原理见图4,总体结构见图5,阀芯与节流通路结构见图6.
图5 MoogD633系列伺服阀的组成图6 MoogD633系列伺服阀阀芯结构图7 接触力控制原理依据D633系列伺服阀的工作原理,本系统设计了一个接触力反馈的闭环控制系统,见图7.其中,A/D和D/A转换、接触力控制器等功能均由DSP完成,即图7的虚线部分.为了满足信号不同传输距离的要求,D633系列伺服阀的输入信号采用4~20mA电流接口标准.为此,在图7的D/A输出后安排了一个V/I转换环节,V/I输出的电流信号直接送给伺服阀,作为图4控制模块的给定信号.综合图7和图4可以看出,本接触力控制是一个双闭环控制系统,外环是接触力反馈环,内环是阀芯位置反馈环.接触力反馈环选用数字控制器,通过DSP软件实现;阀芯位置环控制器由硬件电路完成,集
#3#第4期许德章,等:水下作业机械灵巧手接触力控制方案的研究图8 MoogD633系列伺服阀流量)压力特性
成在D633系列伺服阀内部.图8显示D633系列伺服阀具备优良的控制特性,其进出口压差与流量之间关系的线性非常理想.
4 总结本文以水下作业灵巧手操纵接触力控制为线索,鉴于水下作业灵巧手的特殊要求,选择了关节液压驱动形式.以此为基础,组建了液压伺服控制回路,构建了接触力控制系统.
参考文献:[1] 国家能源领导小组办公室工作动态,南海深水油气勘探开发关键技术及装备论证会召开[EB/OL].[2006-07-28].http://www.ch-inaenergy.gov.cn/news.[2] ManipulatorforMannedUnderwaterVehicle[EB/OL].[2005-05-05].http://aqua.sm.bmstu.ru/projects/rush_man/man_web_e.htm[3] KiyoshiOhishi,MasaruMiyazaki,MasahiroFujitaetal.ForceCon-trolwithoutForceSensorBasedonSensitivityH]DesignMethod[C].NiceFrance:[Nopublishinghouse],1992:1356-1361[4] MHRaibert,JJCraig.HybridPosition/ForceControlofManipulator[J].JournalofDynamicSystemsMeasurementandControl,1981,102:126-133.[5] NHogan.ImpedanceControl:AnApproachtoManipulation[J].partI-III,ASMEJournalofDynamicSystemMeas-urementandControl,1985,107(1):1-24.[6] YongCui,NilanjanSarkar.AUnifiedForcecontrolApproachtoAutonomousUnderwaterManipulation[C].SanFranCiso:[Nopublishinghouse],2000:1263-1267.[7] JYuh,SZhao,PMLee.ApplicationofAdaptiveDisturbanceObserverControltoanUnderwaterManipulator[C].Seoulkorea:[Nopublishinghouse],2001:3244-3249.[8] MarkRCutkosky.OnGraspChoice,GraspModels,andtheDesignofHandsforManufacturingTasks[J].IEEETran.OnRoboticsandAutomation,1989,5(3):456-461.