16、双臂机器人力协调控制与手指残疾识别技术研究

双臂机器人力协调控制与手指残疾识别技术研究

1. 双臂机器人力协调控制

1.1 目标物体受力分析

双臂操作目标物体的受力分析如图所示。其中，$m$ 表示被操作目标物体的质量，$F_1$ 和 $F_2$ 是机器人操作臂施加给物体的力，$Fs_1$ 和 $Fs_2$ 是用于牢固支撑负载的摩擦力。$Fs_{1y}$、$Fs_{2y}$、$Fs_{1z}$ 和 $Fs_{2z}$ 分别表示摩擦力在 $y$ 和 $z$ 方向上的分量，$\mu$ 是摩擦系数。

根据牛顿第二定律，物体的动力学模型如下：
$\begin{cases}
m\ddot{x} m = F_2 - F_1 \
m\ddot{y}_m = Fs {1y} + Fs_{2y} \
m\ddot{z} m = Fs {1z} + Fs_{2z} - mg
\end{cases}$

其中，$x_m$、$y_m$ 和 $z_m$ 分别表示物体质心在 $xyz$ 方向上的轨迹，$g = 9.8 m/s$。为保持物体平衡，需满足以下条件：
$\begin{cases}
Fs_{1y}^2 + Fs_{1z}^2 < (\mu F_1)^2 \
Fs_{2y}^2 + Fs_{2z}^2 < (\mu F_2)^2
\end{cases}$

1.2 双臂机器人动力学模型

利用拉格朗日乘子法，双臂机器人的关节空间组合动力学模型可紧凑表示为：
$M(q)\ddot{q} + C(q, \dot{q})\dot{q} +