基于微分同胚映射动态系统的接触任务运动规划与控制

作     者：杨尚尚 谢啸 高霄 段宝阁 肖晓晖 YANG Shangshang;XIE Xiao;GAO Xiao;DUAN Baoge;XIAO Xiaohui

作者机构：武汉大学动力与机械学院湖北武汉430072 

出 版 物：《机器人》 (Robot)

年 卷 期：2023年第45卷第4期

页      面：385-394页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0714[理学-统计学（可授理学、经济学学位）] 0701[理学-数学] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：国家重点研发计划(2018YFB2100903). 

主　　题：接触任务 人工扰动 运动规划和控制 动态系统 微分同胚映射 

摘      要：为解决目前机器人接触任务中时间相关的运动规划与控制方法抗扰动性弱的问题,提出了基于微分同胚映射动态系统的运动规划和控制方法。首先,采用动觉示教的方式在搭建的实验平台上采集人工完成接触任务时的位置和力数据,并建立基于微分同胚映射的动态系统。然后,将人工扰动条件下的接触任务分解为接触作业、人工扰动下运动和自由空间运动3个状态,并针对各个状态分别设计基于动态系统的力和姿态控制调节项。最后,分别进行无人工扰动和有人工扰动实验,同时与离线控制方法比较力控制效果。实验结果表明:当机器人从示教轨迹起点开始运动,10次重复实验的运动轨迹相比于示教轨迹位置和姿态的最大误差分别小于0.008:m和1.01°,力均方根误差的平均值为0.86:N,相比于离线控制方法略大;从自由空间任意位置出发,机器人都可以进入接触空间执行接触任务;当机器人在作业过程中出现人工扰动时,机器人可根据人的意图运动,且在扰动消除之后恢复作业且力均方根误差值与无人工扰动时的结果接近。实验结果充分验证了本文方法的有效性,实现了在扰动下接触任务的运动规划与控制,且具有较强的抗扰动性。