机器人打磨自适应变阻抗主动柔顺恒力控制

作     者：郭万金 于苏扬 田玉祥 赵立军 曹雏清 GUO Wanjin;YU Suyang;TIAN Yuxiang;ZHAO Lijun;CAO Chuqing

作者机构：道路施工技术与装备教育部重点实验室(长安大学)西安710064 机器人技术与系统国家重点实验室(哈尔滨工业大学)哈尔滨150000 芜湖哈特机器人产业技术研究院有限公司博士后工作站安徽芜湖241007 长三角哈特机器人产业技术研究院安徽芜湖241007 安徽工程大学计算机与信息学院安徽芜湖241000 

出 版 物：《哈尔滨工业大学学报》 (Journal of Harbin Institute of Technology)

年 卷 期：2023年第55卷第12期

页      面：54-65页

核心收录：

学科分类：081203[工学-计算机应用技术] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0811[工学-控制科学与工程] 0701[理学-数学] 080201[工学-机械制造及其自动化] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(52275005) 中央高校基本科研业务费专项资金(300102253201) 中国博士后科学基金(2022M722435) 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室开放研究项目(SKLRS-2020-KF-08) 安徽省教育厅科学研究重点项目(KJ2020A0364) 高校优秀青年人才支持计划(2019YQQ023) 

主　　题：工业机器人打磨 恒力控制 主动柔顺 自适应变阻抗 机器人末端执行器 

摘      要：为解决工业机器人打磨过程中存在复杂时变非线性耦合与不确定性扰动导致机器人柔顺恒力打磨自适应调节能力不足的问题,首先给出了一种可实现沿轴向平移与旋转运动解耦的力控末端执行器,其次设计了一种自抗扰控制器和一种粒子群神经网络变阻抗控制器分别作为内环控制和外环控制,在此基础上,提出了一种机器人自适应变阻抗主动柔顺恒力控制方法,用于在线自适应优化阻抗参数,动态调节打磨力修正量,实现机器人打磨作业自适应主动柔顺恒力控制。最后采用Lyapunov稳定性理论分析证明了所提出方法的闭环稳定性。通过机器人打磨系统虚拟样机联合仿真实验和机器人平台实物实验,验证了所提出方法的有效性。实验结果表明,所提方法能够较好实现静态与动态期望打磨力跟踪,减小了打磨力波动、力超调量以及打磨初期打磨工具处的冲击力,提高了打磨力控制系统抗扰动稳定性、恒力跟踪性能和动态响应能力,对复杂多变工况机器人打磨作业具有较强的适应性与鲁棒性。