CN116985145B - 基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法 - Google Patents

基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，包括：S1）：根据机械臂结构，确定机械臂参数，并根据标准准则建立机械臂的标准坐标系，设置机械臂运动与力极限参数，建立冗余偏置机械臂的运动学模型；S2）：根据步骤S1中建立的动力学模型，分别设计各方向的力控制器与位置控制器；S3）：基于步骤S2）中建立的模型，设计力位混合控制控制器；S4）：采用Matlab联合Adams典型轨迹仿真。本发明将位置控制器与力控制器结合设计了力位混合控制控制器，能够对机械臂末端的运行轨迹以及擦拭力进行控制，有效保证机械臂末端沿规定擦拭轨迹运动的同时实现机械臂末端在擦拭表面保持恒定清洁力。

Description

基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法
技术领域
本发明属于生产制造领域，特别涉及一种基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法。
背景技术
传统的物体表面擦拭大多是通过人工手动完成，当进行表面清洁擦拭操作时，人手可以根据实际情况施加不同的操作力，使得擦拭力具有一定清洁作用的同时又不破坏所擦拭物体的表面。
机械臂程序式的可重复操作性，成为替代人工解放双手的有效工具。与人工的灵活操作不同，机械臂的机械特性使其自身具有很大的刚度，程序式特性也使其无法根据环境自主灵活机变，如果不控制机械臂末端的施加力，在擦拭过程中很容易造成机械臂和擦拭物的双向破坏。
因此，如何控制机械臂接触式精细操作过程中的目标接触力尤为重要。
发明内容
发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，将位置控制器与力控制器结合设计了力位混合控制控制器，能够对机械臂末端的运行轨迹以及擦拭力进行控制，有效保证机械臂末端沿规定擦拭轨迹运动的同时实现机械臂末端在擦拭表面保持恒定清洁力。
技术方案：为了实现上述目的，本发明提供了一种基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，包括：
S1）：根据机械臂结构，确定机械臂参数，并根据标准/>准则建立机械臂的标准/>坐标系，设置机械臂运动与力极限参数，建立冗余偏置机械臂的运动学模型；
按如下规则建立坐标系：
：绕/>轴由/>轴转向/>轴的关节角，按右手规则；
：从第/>坐标系的原点到/>轴和/>轴的交点沿/>轴的距离；
：从/>轴和/>轴的交点到第/>坐标系原点沿/>轴的偏置距离，即/>和两轴间的最小距离；
：绕/>轴由/>轴转向/>轴的偏角，按右手规则；
S2）：根据步骤S1）中建立的动力学模型，分别设计各方向的力控制器与位置控制器，即通过雅克比矩阵建立机械臂工作空间与机械臂关节空间的对应关系，根据规划的关节角轨迹，可得位置控制的PD控制器如下所示：
其中，为机械臂关节基于位置的控制力矩，/>；/>为机械臂系统质量矩阵/>的估计值，/>表示机械臂关节角，即关节空间，/>为规划的关节角，即期望关节角；/>为规划关节角加速度轨迹/>为规划关节角与实际关节角的误差，即误差关节角；/>为规划关节角与实际关节角的误差角速度轨迹，/>和/>为PD控制器的系数矩阵；
假设机械臂末端与目标的接触力为，机械臂的动力学方程可写为：
其中，为机械臂系统质量矩阵，/>为关节角加速度，/>为关节角速度，
在力控制问题中，机械臂在力跟踪方向的速度与加速度通常需要忽略，故机械臂的动力学方程可简化为：
在实际应用中，接触力的测量通常具有较大噪声，故对力矩的测量信号进行微分会使信号失去物理意义，因此在力控制中不考虑微分控制。考虑前馈补偿和重力补偿的PI力控制器方程可以写为：
式中，，/>和/>为正定的PI控制器参数，/>为雅克比矩阵，/>为末端期望力，/>为力跟踪误差信号；
根据简化动力学方程和PI力控制器方程可得：
根据上式可知当和/>均为正定矩阵时，力跟踪误差信号/>可收敛至0，但是若机械臂未与目标发生预设的接触碰撞，力控制的存在会使机械臂产生巨大的速度误差；由于典型的力控制任务中速度项较小，可以直接通过一个正定的参数阵引入速度阻尼项，修改后的控制律可以写为：
其中，为机械臂关节基于力的控制力矩，/>为速率阻尼项，需要注意的是雅克比矩阵/>与接触方向相关，碰撞参考系x轴的方向即为接触方向，其余方向由右手定则确定；
S3）：基于步骤S2）中建立的模型，设计力位混合控制控制器；
即与/>两个子空间相互正交，将位置控制与力控制整合为统一的控制方程/>：
S4）：采用Matlab联合Adams典型轨迹仿真。
本发明所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，所述步骤S1中建立冗余偏置机械臂的运动学模型过程如下： S101）：首先确定机械臂运动与力的参数，如下：
①关节最大转速：5°/s；
②关节转角范围：-180°～+180°；
③最大末端力/力矩：20N，5N；
S102）：按DH参数选取规则得到各相邻关节和之间的标准DH参数：
绕轴使/>轴与/>轴平行的转角/>；
沿轴方向/>轴到/>轴的最短距离/>；
绕轴使/>轴与/>轴平行的转角/>；
沿轴方向使/>轴到/>轴最短的距离/>；
S103）：根据步骤S1中建立坐标系的规则建立机械臂的标准DH坐标系；
S104）：相邻连杆坐标变换关系为：
其中，表示/>；/>表示/>；/>表示/>；/>表示/>；/>为第i个关节旋转的角度和DH参数/>的和；
最终得到从机械臂基座到末端的齐次变换矩阵，该矩阵的前三行前三列表示末端姿态，矩阵的第四列前三行表示末端位置：
。
所述步骤S2）中通过雅克比矩阵建立机械臂工作空间与机械臂关节空间的对应关系为
其中，表示机械臂末端，即工作空间；/>为/>的导数；/>表示机械臂雅可比矩阵；/>表示关节角速度。
本发明所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，所述步骤S3中设计力位混合控制控制器的具体过程如下： 假设接触目标为刚性的，可以将多体系统的Pfaffian约束记为：
包含约束的工作空间动力学方程可写为：
其中，为质量矩阵，/>为包含运动信息的向量，/> ,/>为/>的转置，
经过求导与代入运算可得带约束的方程，为n-k个独立的运动方程：
秩为的矩阵为位置控制的子空间，秩为的矩阵为力控制的子空间，该矩阵将机械臂末端受到的约束力投影到力约束的子空间，该子空间可以使机械臂末端执行器沿与约束相切的方向移动；矩阵的秩为/>，为位置控制的子空间；
空间表达式为：
与/>两个子空间相互正交，将位置控制与力控制整合为统一的控制方程为：
因为位置控制器与力控制器经过与/>两个正交投影而相互解耦，所以力位混合控制器可以分别进行力控制和位置控制的误差响应观测和稳定性分析。
本发明所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，所述步骤S4中Matlab联合Adams典型轨迹仿真的具体过程如下： S401）：首先，根据冗余偏置机械臂结构参数在Adams中建立简化机械臂模型；
S402）：在MATLAB中根据清洁任务确定擦拭轨迹，通过末端轨迹插值、逆运动学求解算以及力位混合控制方法得到关节空间轨迹；
S403）：将MATLAB中计算得到的关节角输入到Adams的机械臂模型中驱动机械臂运动。
本发明所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，所述机械臂先从初始位置运动到擦拭轨迹起点，然后沿擦拭轨迹运动，直至运动到擦拭轨迹终点结束。
所述机械臂的末端设有六维力传感器。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，将位置控制器与力控制器结合设计了力位混合控制控制器，能够对机械臂末端的运行轨迹以及擦拭力进行控制，有效保证机械臂末端沿规定擦拭轨迹运动的同时实现机械臂末端在擦拭表面保持恒定清洁力。
2、本发明所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法通过位置控制器与力控制器相互解耦，可以分别进行力控制和位置控制的误差响应观测和稳定性分析。
3、本发明通过在机械臂的末端设置六维力传感器实现力感知，确保末端操作机构和目标的接触力在允许的范围之内，再借助相应的控制方法实现对操控力的柔顺控制，避免意外损害。
附图说明
图1为本发明冗余偏置机械臂DH连杆坐标系示意图；
图2为本发明中机械臂DH参数表；
图3为本发明中力位混合控制框图；
图4为本发明中力位混合控制效果图；其中，（a）为机械臂末端跟踪位置误差示意图，（b）为机械臂末端速度跟踪误差示意图，（c）为机械臂末端法向接触力示意图；
图5为本发明中冗余偏置机械臂零位状态下示意图；
图6为本发明中机械臂从初始位置运动到擦拭轨迹起点示意图；
图7为本发明中机械臂从擦拭轨迹起点运动到终点示意图；
图8为本发明中关节角随末端运动变化图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
实施例
如图1至图8所示的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，包括：
S1）：根据机械臂结构，确定机械臂参数，并根据标准/>准则建立机械臂的标准/>坐标系，设置机械臂运动与力极限参数，建立冗余偏置机械臂的运动学模型；
按如下规则建立坐标系：
：绕/>轴由/>轴转向/>轴的关节角，按右手规则；
：从第/>坐标系的原点到/>轴和/>轴的交点沿/>轴的距离；
：从/>轴和/>轴的交点到第/>坐标系原点沿/>轴的偏置距离，即/>和两轴间的最小距离；
：绕/>轴由/>轴转向/>轴的偏角，按右手规则；
S2）：根据步骤S1中建立的动力学模型，分别设计各方向的力控制器与位置控制器；
S3）：基于步骤S2）中建立的模型，设计力位混合控制控制器；
即与/>两个子空间相互正交，将位置控制与力控制整合为统一的控制方程：
S4）：采用Matlab联合Adams典型轨迹仿真。
本实施例中所述步骤S1中建立冗余偏置机械臂的运动学模型过程如下： S101）：首先确定机械臂运动与力的参数，如下：
①关节最大转速：5°/s；
②关节转角范围：-180°～+180°；
③最大末端力/力矩：20N，5N；
S102）：按DH参数选取规则得到各相邻关节和之间的标准DH参数：
绕轴使/>轴与/>轴平行的转角/>；
沿轴方向/>轴到/>轴的最短距离/>；
绕轴使/>轴与/>轴平行的转角/>；
沿轴方向使/>轴到/>轴最短的距离/>；
S103）：根据步骤S1中建立坐标系的规则建立机械臂的标准DH坐标系；DH坐标系是由Denavit-Hartenberg提出的。DH坐标系是一种右手笛卡尔坐标系，它由四个参数（即DH参数）定义：a、alpha、d和theta。其中，a表示相邻两个关节的距离，alpha表示相邻两个关节绕z轴旋转的角度，d表示相邻两个关节沿z轴的距离，theta表示相邻两个关节绕x轴旋转的角度；
S104）：相邻连杆坐标变换关系为：
其中，表示/>；/>表示/>；/>表示/>；/>表示/>；为第i个关节旋转的角度和DH参数/>的和；
最终得到从机械臂基座到末端的齐次变换矩阵，该矩阵的前三行前三列表示末端姿态，矩阵的第四列前三行表示末端位置：
。
需要说明的相邻连杆是指机械臂中同一个关节连接的两个杆件。
本实施例所述步骤S2）中所述的设计各方向（空间坐标系的三个方向：X向、Y向、Z向）的力控制器与位置控制器的具体过程如下：
通过雅克比矩阵建立机械臂工作空间与机械臂关节空间的对应关系，
其中，表示机械臂末端，即工作空间；/>表示机械臂雅可比矩阵；/>表示机械臂关节角，即关节空间；根据规划的关节角轨迹，可得位置控制的PD控制器如下所示：
其中，为机械臂关节基于位置的控制力矩，/>；/>为机械臂系统质量矩阵/>的估计值，/>表示机械臂关节角，即关节空间，/>为规划的关节角，即期望关节角；/>为规划关节角加速度轨迹/>为规划关节角与实际关节角的误差，即误差关节角；/>为规划关节角与实际关节角的误差角速度轨迹，/>和/>为PD控制器的系数矩阵；
当系统的动力学模型确定时，每个关节的误差动力学会转化为线性动力学，即误差量和/>通过系数矩阵/>和/>得到线性动力学。
假设机械臂末端与目标的接触力为，机械臂的动力学方程可写为：
其中，为机械臂系统质量矩阵，/>为关节角加速度，/>为关节角速度，
在力控制问题中，机械臂在力跟踪方向的速度与加速度通常需要忽略，故机械臂的动力学方程可简化为：
在实际应用中，接触力的测量通常具有较大噪声，故对力矩的测量信号进行微分会使信号失去物理意义，因此在力控制中不考虑微分控制。考虑前馈补偿和重力补偿的PI力控制器方程可以写为：
式中，，/>和/>为正定的PI控制器参数，/>为雅克比矩阵，/>为末端期望力，/>为力跟踪误差信号；
根据简化动力学方程和PI力控制器方程可得：
由上面公式，可知当和/>均为正定矩阵时，力跟踪误差信号/>可收敛至0，但是若机械臂未与目标发生预设的接触碰撞，力控制的存在会使机械臂产生巨大的速度误差；由于典型的力控制任务中速度项较小，可以直接通过一个正定的参数阵引入速度阻尼项，修改后的控制律可以写为：
其中，为机械臂关节基于力的控制力矩，/>为速率阻尼项,需要注意的是雅克比矩阵/>与接触方向相关，碰撞参考系x轴的方向即为接触方向，其余方向由右手定则确定。
本实施例中所述步骤S3）中设计力位混合控制控制器，需要说明的是，考虑机械臂末端与目标发生接触碰撞，且需要在目标表面进行运动，完成任务的情况时，需要建立力位混合控制模型，其建立的具体过程如下： 假设接触目标为刚性的，可以将多体系统的Pfaffian约束记为：
包含约束的工作空间动力学方程可写为：
其中，为质量矩阵，/>为包含运动信息的向量，/> ,/>为/>的转置，
经过求导与代入运算可得带约束的方程，为n-k个独立的运动方程：
秩为的/>矩阵/>为位置控制的子空间，秩为/>的矩阵/>为力控制的子空间，该矩阵将机械臂末端受到的约束力投影到力约束的子空间，该子空间可以使机械臂末端执行器沿与约束相切的方向移动；
矩阵的秩为/>，为位置控制的子空间；
空间表达式为：
力位混合控制框图如图3所示，图3中的（a）图中表示力控制的广义力映射，/>表示位置控制的广义力映射，/>矩阵/>的秩为/>，为力控制的子空间，该矩阵将机械臂末端受到的约束力投影到力约束的子空间，该子空间可以使机械臂末端执行器沿与约束相切的方向移动；
K p 、K f 为控制器参数；J：雅克比矩阵；
图3中的（b）图中；F m 、T m为关节电机输出力、力矩；F A 、T A 为末端目标接触力、力矩；
与/>两个子空间相互正交，将位置控制与力控制整合为统一的控制方程为：
因为位置控制器与力控制器经过与/>两个正交投影而相互解耦，所以力位混合控制器可以分别进行力控制和位置控制的误差响应观测和稳定性分析。如图4所示，机械臂末端在保证位置的同时能够持续输出稳定的接触力。
需要说明的是，所述步骤S3）中设计立位混合控制控制器是根据步骤S2）中所述的
和
的模型设计的。
本实施例中所述步骤S4）中Matlab联合Adams典型轨迹仿真的具体过程如下：S401）：首先，根据机械臂结构参数在Adams中建立简化机械臂模型；
S402）：在MATLAB中根据清洁任务确定擦拭轨迹，通过末端轨迹插值、逆运动学求解算以及力位混合控制方法得到关节空间轨迹；
S403）：将MATLAB中计算得到的关节角输入到Adams的机械臂模型中驱动机械臂运动。
本实施例中机械臂末端轨迹如图6、图7所示，所述机械臂先从初始位置（零位状态）运动到擦拭轨迹起点，图6所示，然后沿擦拭轨迹运动，直至运动到擦拭轨迹终点结束如图7所示。
机械臂关节1~关节7在随末端运动的过程中关节角变化情况如图8所示，横坐标表示运动时间（单位s），纵坐标表示关节角（单位°）。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，其特征在于：包括步骤：
S1)：根据机械臂结构，确定机械臂D-H参数，并根据标准D-H准则建立机械臂的标准D-H坐标系，设置机械臂运动与力极限参数，建立冗余偏置机械臂的运动学模型；
按如下规则建立D-H坐标系：
θi：绕zi-1轴由xi-1轴转向xi轴的关节角，按右手规则；
di：从第i-1坐标系的原点到zi-1轴和xi轴的交点沿zi-1轴的距离；
ai：从zi-1轴和xi轴的交点到第i坐标系原点沿xi轴的偏置距离，即zi-1和zi两轴间的最小距离；
αi：绕xi轴由zi-1轴转向zi轴的偏角，按右手规则；
S2)：根据步骤S1)中建立的运动学模型，分别设计各方向的力控制器与位置控制器，即通过雅克比矩阵建立机械臂工作空间与机械臂关节空间的对应关系，根据规划的关节角轨迹，得到位置控制的PD控制器如下所示：
其中，为机械臂关节基于位置的控制力矩，/> 为机械臂系统质量矩阵Msec1的估计值，q表示机械臂关节角，即关节空间，qd为规划的关节角，即期望关节角；/>为规划关节角加速度轨迹，qe，为规划关节角与实际关节角的误差，即误差关节角；/>为规划关节角与实际关节角的误差角速度轨迹，Kp1和Kd1为PD控制器的系数矩阵；
假设机械臂末端与目标的接触力为Ftip，机械臂的动力学方程写为：
其中，M(q)为机械臂系统质量矩阵，为关节角加速度，/>为关节角速度，
在力控制问题中，忽略机械臂在力跟踪方向的速度与加速度，故机械臂的动力学方程简化为：
考虑前馈补偿和重力补偿的PI力控制器方程写为：
式中，Fe＝Fd-Ftip，Kfp和Kfi为正定的PI控制器参数，为雅克比矩阵，Fd为末端期望力，Fe为力跟踪误差信号；
根据简化动力学方程和PI力控制器方程得：
KfpFe+Kfi∫Fe(t)dt＝0
根据上式可知当Kfp和Kfi均为正定矩阵时，力跟踪误差信号Fe可收敛至0，直接通过一个正定的参数阵引入速度阻尼项，修改后的控制律写为：
其中，为机械臂关节控制力矩，Kdampv为速度阻尼项，雅克比矩阵/>与接触方向相关，碰撞参考系x轴的方向即为接触方向，其余方向由右手定则确定；
S3)：基于步骤S2)中建立的模型，设计力位混合控制控制器；
设计力位混合控制控制器的具体过程如下：
假设接触目标为刚性的，将多体系统的Pfaffian约束记为：
其中，A为任务空间矩阵，
包含约束的工作空间动力学方程可写为：
其中，M为质量矩阵，η为包含运动信息的向量，AT为A的转置，
经过求导与代入运算得到带约束的方程，为n-k个独立的运动方程：
秩为n-k的n×n矩阵P(q)为位置控制的子空间，秩为k的矩阵I-P(q)为力控制的子空间，秩为k的矩阵I-P(q)将机械臂末端受到的约束力投影到力约束的子空间，力约束的子空间使机械臂末端执行器沿与约束相切的方向移动；
P(q)空间表达式为：
P(q)＝I-AT(AM-1AT)-1AM-1
P(q)与I-P(q)两个子空间相互正交，将位置控制与力控制整合为统一的控制方程为：
因为位置控制器与力控制器经过P(q)与I-P(q)两个正交投影而相互解耦，所以力位混合控制器分别进行力控制和位置控制的误差响应观测和稳定性分析；
S4)：采用Matlab联合Adams典型轨迹仿真。
2.根据权利要求1所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，其特征在于：所述步骤S1)中建立冗余偏置机械臂的运动学模型过程如下：
步骤S101)：首先确定机械臂运动与力的参数，如下：
①关节最大转速：5°/s；
②关节转角范围：-180°～+180°；
③最大末端力/力矩：20N，5Nm；
步骤S102)：按DH参数选取规则得到各相邻关节i-1和i之间的标准D-H参数：
绕zi-1轴使xi-1轴与xi轴平行的转角θi；
沿xi轴方向zi-1轴到zi轴的最短距离ai；
绕xi轴使zi-1轴与zi轴平行的转角αi；
沿zi-1轴方向使xi-1轴到xi轴最短的距离di；
步骤S103)：根据步骤S102)中建立D-H坐标系的规则建立机械臂的标准D-H坐标系；
步骤S104)：相邻连杆坐标变换关系为：
其中，其中，cqi表示cos(qi)；sqi表示sin(qi)；cαi表示cos(αi)；sαi表示sin(αi)；qi为第i个关节旋转的角度和D-H参数θi的和；
最终得到从机械臂基座到末端的齐次变换矩阵，齐次变换矩阵的前三行前三列表示末端姿态，矩阵的第四列前三行表示末端位置：
0T7＝0T1 1T2 2T3 3T4 4T5 5T6 6T7。
3.根据权利要求1所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，其特征在于：所述步骤S2)中通过雅克比矩阵建立机械臂工作空间与机械臂关节空间的对应关系为
其中，x表示机械臂末端，即工作空间；J表示机械臂雅可比矩阵；q表示机械臂关节角，即关节空间。
4.根据权利要求1所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，其特征在于：所述步骤S4)中Matlab联合Adams典型轨迹仿真的具体过程如下：
S401)：首先，根据机械臂结构参数在Adams中建立简化机械臂模型；
S402)：在MATLAB中根据清洁任务确定擦拭轨迹，通过末端轨迹插值、逆运动学求解算以及力位混合控制方法得到关节空间轨迹；
S403)：将MATLAB中计算得到的关节角输入到Adams的机械臂模型中驱动机械臂运动。
5.根据权利要求4所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，其特征在于：所述机械臂先从初始位置运动到擦拭轨迹起点，然后沿擦拭轨迹运动，直至运动到擦拭轨迹终点结束。
6.根据权利要求1所述的基于力位混合控制的冗余偏置机械臂末端柔顺控制方法，其特征在于：所述机械臂的末端设有六维力传感器。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011067884A (ja) * 2009-09-24 2011-04-07 Tokyo Institute Of Technology 高速高精度な接触作業に適用するロボット制御システム、ロボット制御方法、ロボット制御装置、およびプログラム
CN103213129A (zh) * 2013-04-17 2013-07-24 北京空间飞行器总体设计部 一种空间机械臂位置力混合控制方法
CN106041926A (zh) * 2016-06-12 2016-10-26 哈尔滨工程大学 一种基于卡尔曼滤波器的工业机械臂力/位置混合控制方法
CN108466289A (zh) * 2018-03-07 2018-08-31 长安大学 一种考虑关节摩擦的并联机器人的动力学建模方法
CN108555913A (zh) * 2018-06-15 2018-09-21 天津大学 基于无源性的移动机械臂位置/力的自抗扰控制方法
CN111590537A (zh) * 2020-05-23 2020-08-28 西北工业大学 一种基于力位反馈的遥操作交互操作方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011067884A (ja) * 2009-09-24 2011-04-07 Tokyo Institute Of Technology 高速高精度な接触作業に適用するロボット制御システム、ロボット制御方法、ロボット制御装置、およびプログラム
CN103213129A (zh) * 2013-04-17 2013-07-24 北京空间飞行器总体设计部 一种空间机械臂位置力混合控制方法
CN106041926A (zh) * 2016-06-12 2016-10-26 哈尔滨工程大学 一种基于卡尔曼滤波器的工业机械臂力/位置混合控制方法
CN108466289A (zh) * 2018-03-07 2018-08-31 长安大学 一种考虑关节摩擦的并联机器人的动力学建模方法
CN108555913A (zh) * 2018-06-15 2018-09-21 天津大学 基于无源性的移动机械臂位置/力的自抗扰控制方法
CN111590537A (zh) * 2020-05-23 2020-08-28 西北工业大学 一种基于力位反馈的遥操作交互操作方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于前馈补偿的3R机械臂力位混合控制研究;仇鹏;方鹏;;农业装备与车辆工程(第06期);全文 *
基于力/位混合算法的7自由度机械臂精细操控方法;常健;王亚珍;李斌;;机器人(第05期);全文 *
基于改进自适应算法的机械臂位置/力控制研究;王泰华;田辈辈;高煜欣;;制造业自动化(第03期);全文 *
基于观测器的机械臂位置/力神经网络控制;周芳;朱齐丹;蔡成涛;赵国良;;华中科技大学学报(自然科学版)(第07期);全文 *
工业机器人基于工作空间的力/位PID控制系统研究;陈浩文;张文辉;钟秋波;周书华;叶晓平;;丽水学院学报(第02期);全文 *

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