28、机器人力施加方法与肘部扭矩预测研究

机器人力施加方法与肘部扭矩预测研究

在机器人技术领域，力施加方法和关节扭矩预测是两个重要的研究方向。前者对于机器人完成特定任务，如开关操作等具有关键意义；后者则在人机交互、康复机器人等方面有着广泛的应用。下面将详细介绍相关的研究内容。

力施加方法实验

在力施加方法的实验中，研究人员针对开关区域和障碍物区域进行了顺应控制测试。实验采用了相同的参数，具体如下：
| 参数 | 值 |
| ---- | ---- |
| M | 1 |
| B | 100 |
| K | 40 |
| xd | 0.02 m |

实验过程包含速度控制阶段（速度为 0.5 mm/s）和顺应控制阶段。一般来说，一个方向的环境可以用一维线性弹簧模型来表示，其刚度为 ke，公式为：
$f_{ext} = k_e(x - x_e)$
其中，$x_e$ 是环境位置。经过计算，开关区域和障碍物区域的估计刚度分别约为 $k_e = 2000$ 和 $k_e = 5000$，差异明显，可作为区分条件。为简化计算，设定外部力阈值 $f_h = 25N$ 作为区分条件，本质上等同于刚度阈值。

当末端执行器与环境接触时，需在 3 秒内记录最大外部力 $f_m$。若 $f_m > f_h$，则该环境被视为障碍物；否则，视为目标开关。位置调整策略为在水平和垂直向下方向以 5 mm/s 的速度向任务区域移动 3 秒，力控制模式下的期望力设定为 $f_d = 60N$。

实验性能和力的结果分别如图 7 和图 8 所示，整个过程包括速度控制阶段、顺应控制阶段、位置调整阶段和力控制阶段。结果表明，机械手经过两次尝试