《仿人輕型機械臂人機協作模式關鍵技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由張赫擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：仿人輕型機械臂人機協作模式關鍵技術研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張赫
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目以仿人手臂輕型機械臂為研究對象，面向人機協作模戀習蜜地式的安全性和精確控制兩個核心技術，以同時滿足兩個相互關聯的技術性能為目標開展研究。首先，綜合考慮輕型機械臂關節柔性和連榆夜電機動力學因素，進行強耦合非線性系統的精細化建模研究，並對摩擦阻尼、間鞏櫃隙等非線性因素進行參數辨識方法的研究；其次，基於系統分解的思想設計滿足工程需要的實用型軌跡跟蹤控制器；再次，利用仿人臂的冗餘特性，通過零空間的自運動規劃實現機械臂對意外碰撞的柔順特性，從而在實現碰撞安全性的同時保證操作端在笛卡爾空間的軌跡跟蹤性能；然後，通過虛擬勢場方法的研究，同步實現機械臂在笛卡爾空間的軌跡跟蹤運動和零空間的院姜采避障運動，從而避免二次碰撞的發生。最後，搭建7-DOF仿人機械臂樣機系統，驗證研究結論的正確性。以上研究成果將為人機協作模式這一工業機器人發展趨勢提供理論和技術支撐。
結題摘要
本項目以仿人輕型機械臂為研究對象，致力於面向人機協作模式的運動控制和智慧型控制核心技術的研究。主要開展了以下幾方面研究工作：仿人輕型機械臂的研製。圍繞如何提高機械臂與人的共融性、實現機械臂與人協作的問題，項目執行期間開展了機械臂仿生構型、關節力矩感測器、大阻尼柔性環節的研製工作，目標通過機械臂關節柔性化設計提高共融的安全性和複雜操作的順從性。並且，與所在團隊合作實現了基於模組化關節的輕型機械臂的研製，該機械臂對標KUKA的iiwa機械臂，目前已開始推進產業化。 七自由度輕型臂動力學建模。在運動螺旋與力螺旋的基礎上，採用拉格朗日方程對協作型機械臂進行了動力學分析。並且採用力螺旋、伴隨變換及雅可比矩滲頁嚷想陣現了力/力矩在不同坐標系間的轉換及末端執行器上的力/力矩與各關節力矩之間的轉換。從而，基於研製的關節力矩感測器不僅實現了碰撞等擾動外力的檢測，也可實現操作空格煉體間的力檢測。關節參數辨識與碰撞安全策略。由系統非線性因素所導致的檢測漏報與誤報情形是系統動力學建模的難點，針對該問題本研究首先提出了一種基於最大似然框架的周期性帶限激勵機器人識別方法，利用實驗過程中測量到的運動和扭矩數據進行實驗識別，以獲得準確的機器人模型參數估計。其次，通過激勵軌跡優去故狼化策略，將參數最佳化問題轉化為約束非線性最佳化問題，解決準確地辨識被控對象的各項參數的問題。最後，綜合比較各類碰撞檢測方法，採用基於碰撞檢測觀測器的外力矩檢測方法實現機械臂對外力擾動的感知和辨識，從而實現人機共融的安全性。人機協同作業技術。基於人手臂sEMG信息建立手臂末端阻抗模型，並且依據該模型將人對人機協作過程中阻抗變化的判斷映射到機械臂的變阻抗控制模型，從而實現軌跡和阻抗參數共同示教，提高人機協作完成複雜柔性作業任務的性能。本課題的研究以人手臂和操作特性為仿生原型，通過建立機械臂與手臂的物理模型、功能、策略等的關聯關係，實現機械臂與人共融、類人操作的性能。
