套索传动细长机器人设计与柔顺控制研究

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为了提高狭小空间进行搜救行动的效率,国内外很多学者对救援机器人开展了大量的研究。本课题组在国家自然科学基金的资助下,已经开发了一套细长搜救机器人系统。为了实现在救援行动中的软操作,防止附加伤害必须要求执行器末端带有传感器,这就给紧凑的头部关节的机构设计带来了难度。本文正是为了解决这一问题,设计了一款新型的细长机器人的末端执行器。  传统的刚性机构由于尺寸的限制无法满足搜救机器人的需求,加上刚性机构带来的安装、摩擦以及间隙等问题,使得机器人难以完成高精度的运动控制。本文运用柔顺机构学理论,创新了机器人末端执行器的结构设计,采用柔顺机构来实现各个关节的运动。通过柔顺铰链处的弹性变形来测量关节的运动参数,实现了自传感功能。整个末端执行器由三种关节构成,分别是:夹持关节、双轴弯曲关节和绕轴心线旋转关节。选用电阻式应变计作为敏感元件,采用常见的高精度仪表放大器来进行信号采集,并进行了关节的静态参数标定。  为了实现软操作的目标,本文针对夹持关节开展了位移跟踪控制实验以及柔顺控制实验。添加了平台前馈补偿和套索逆模补偿的算法可以很好的实现精密的位移跟踪控制。考虑到力信号和位移信号的区别,选用模型参考自适应方法来实现夹持力的控制,最后为增加夹持器在运动过程中的柔顺性,分别开展了力/位混合控制和阻抗控制,实验结果表明,该机器人能够完成预定的动作并实现软操作技术。
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