18、协作机器人关键技术研究

协作机器人关键技术研究

1. 力控制与动态模型概述

在机器人控制领域，为实现最优力跟踪控制，可采用控制回路。不同的力控制方法各有特点，显式力控制（也称为直接力控制）直接利用力反馈来控制接触，将其与阻抗模型相结合能获得更好的性能。

协作机器人的动态模型是研究的核心内容之一，主要围绕以下几个方面展开：
- 完整的动态模型讨论，并与柔性关节动态模型进行对比。
- 分析两种不同的输出扭矩估计方法：基于电机电流信号的估计和基于双编码器结构的估计。
- 深入研究机器人惯性参数和摩擦模型的参数识别方法。

2. 机器人动态模型

2.1 经典动态模型

铰接机器人手臂的经典动态模型可表示为：
[
d\tau(q, \dot{q}, \ddot{q}) = M(q)\ddot{q} + C(q, \dot{q})\dot{q} + G(q)
]
其中，$d\tau$ 表示理论动态关节扭矩，$q$ 是关节角度向量（称为连杆侧角度），$M(q)$ 是惯性矩阵，$C(q, \dot{q})$ 是科里奥利力和离心力矩阵，$G(q)$ 是重力向量。$M(q)\ddot{q}$ 称为惯性扭矩，$C(q, \dot{q})\dot{q}$ 是耦合扭矩。

考虑外部扭矩和摩擦扭矩后，完整的动态模型为：
[
s\tau = d\tau + f\tau - ext\tau
]
这里，$s\tau$ 是电机经过减速器后的总输出扭矩，$f\tau$ 是摩擦扭矩，$ext\tau$ 是外部关节扭矩。

2.2 柔性关节动态模型