27、机器人负载识别与力施加方法研究

机器人负载识别与力施加方法研究

1. 引言

随着智能工厂的快速发展，兼具移动性和操作能力的移动机械手越来越受欢迎。它们被广泛应用于机器操作、装配、分拣和检查等各种任务中。移动机械手通常是具有超过6个自由度（DoF）的冗余机器人系统，这为任务优化创造了更多可能性。

在工业制造过程中，移动机械手不可避免地需要承担一些阻力任务，如操作机械开关、组装钉子等，这些任务通常在非常小的空间内进行。因此，定位任务空间对于确保物体和机器人的安全至关重要。然而，高精度定位传感器成本高昂，难以广泛应用。直接应用位置或力控制可能会因定位误差大而对环境和机器人造成损坏。

阻抗控制和力控制建立了力和位置之间的关系，在敏感力和适应未知接触环境方面表现出色。许多研究表明，应用顺应性或力控制可以更安全地执行任务。针对任务空间小且无法精确定位的阻力任务，提出了一种力施加方法，主要包括两部分：一是为冗余移动机械手设计了一种在避碰约束下增强力施加能力的优化解决方案；二是提出了一种基于混合力 - 阻抗控制的探索方法来接近任务空间。

2. 移动机械手运动学建模

移动机械手由速度控制的差动轮式移动底盘和6自由度位置控制的机械手组成。定义了世界参考坐标系{w}、移动基座坐标系{m}、机械手基座坐标系{b}和末端执行器坐标系{ee}。选择速度作为整个系统的控制输入。
- 对于机械手，末端执行器相对于{b}的笛卡尔速度与机械手关节速度的关系为：
[
bV_{ee} =
\begin{bmatrix}
b v_{ee}\
b \omega_{ee}
\end{bmatrix}
= b J_{r} \dot{q}