机器人灵巧手指基关节柔顺控制

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工业机器人的力控制与柔顺操作技术

工业机器人的力控制与柔顺操作技术工业机器人在现代制造业中起着至关重要的作用。

随着技术的进步和需求的不断变化，对机器人的功能和性能提出了更高的要求。

其中，力控制与柔顺操作技术成为了工业机器人发展的重要方向。

本文将着重探讨工业机器人的力控制与柔顺操作技术及其应用。

一、力控制技术在工业机器人中的应用力控制技术是指通过传感器监测机器人与工作环境之间的力量信息，实现对机器人动作的精确控制。

在某些特定的制造过程中，机器人需要精确地掌握力度，以避免对工件或机器人本身造成损害。

力控制技术的应用可以大大提高机器人的操作精度和稳定性。

工业机器人在装配生产线中的力控制是一个典型的应用场景。

例如，当机器人需要将零部件装配到工件上时，合适的力控制技术可以帮助机器人实现精确的装配，并避免因力度过大导致的损坏。

此外，力控制技术还可以应用于对工件或机器人进行力度检测和调整，从而进一步提高生产效率和产品质量。

二、柔顺操作技术在工业机器人中的应用柔顺操作技术是指机器人在人机协作环境下进行精细操作和灵活调整的能力。

与传统的自动化操作相比，柔顺操作技术具有更高的灵活性和自适应性，可以更好地应对复杂和多变的工作场景。

其中，力控制是实现柔顺操作技术的重要手段之一。

通过对机器人执行器的力传感器进行实时监测和反馈控制，可以使机器人能够感知外界的力量变化，并灵活地调整自身的动作。

例如，在协作操作中，机器人可以根据人体的力量信息进行反馈调整，以实现与人的安全交互。

柔顺操作技术还可以通过视觉引导和路径规划等方法实现。

机器人可以通过视觉感知系统获取环境信息，并结合预定的路径规划算法进行动作控制。

这种方式能够使机器人在复杂环境下应对工作需求，实现更加精细和智能化的操作。

三、工业机器人力控制与柔顺操作技术的挑战尽管工业机器人的力控制与柔顺操作技术带来了广阔的应用前景，但也面临一些挑战。

首先，精确的力传感和力反馈控制是实现力控制与柔顺操作的基础。

然而，传感技术的精度和可靠性仍然有待提高。

基于关节力矩传感器的灵巧手指的阻抗控制

柔顺性是实现多指灵巧操作的关键。目前，现柔顺控制实
的方法主要有２种：阻抗控制和力／位置混合控制。阻抗控
果的好坏完全取决于位置控制器的精确程度。因此，本文以提高位置控制精度为策略来提高阻抗控制的控制效果，用理论上能完全跟踪轨迹并不需要系统精确动力学模型的
ｈｎａｅｎｊｉｔｏｑｅｓｎｏ．ａｄｂｓｄｏｎｒｕｅｓｒｏｔＫｅｏｄ：ｂｓｉｔｏｕｅｓｒｉｐｄｎｅｃｎｒｌｔｃｉｇｃｎｌｙｗｒｓａｅｊｎｔｒｅｓｎｏ；ｍｅａｃｏｔ；ｒｋｎｏｔｏｑｏａｏｒ０引言
ｉｎｒｐｓｔｎｃｎｒｌｒａｄｔｅｏｔｒｏｃｎｅｏｉｏｏｔｌ，ｕｅｒｅ￣ｅｂｃｏｓｕｅｄｆｅｒｆｒｎｅｐｓｔｎｉｒｅｏｋｅｉｏｅｎｈｆｄａｋｌｐｉｓｄｔｍｏｉｔｅｅｅｃｏｉｏｏｄｒｔｅｐｏｏｙｈｉｎ
一
制不直接控制期望的力和位置，而是通过控制力和位置之间的动态关系实现柔顺功能，多指手末端呈现期望的刚使性和阻尼，从而在位置控制方向表现出较大的刚性，而在力控制方向表现出较大的柔性。力／位置混合控制，其基本思
想是在柔顺空间分别进行位置控制和力控制计算，然后，根据设定阈值在２种控制状态之间进行切换，而实现所需从的柔性，但这种柔性是以牺牲系统的鲁棒性为代价的。通常，按照目标阻抗的实现方式阻抗控制可分为以下２类：基于位置的阻抗控制和基于力的阻抗控制。与力控制相比，机器人位置控制的理论更为成熟，能更为稳定。性

【doc】仿人灵巧手关节的位置／力矩控制

仿人灵巧手关节的位置／力矩控制第7卷第2期2003年6月电机与控制ELECTRICMACHINESANDCONTROLVO1.7No.2June,2003仿人灵巧手关节的位置/力矩控制姜力,刘宏,蔡鹤皋(哈尔滨工业大学机器人研究所,黑龙江哈尔滨15(1001)摘要:为了使仿人灵巧手完成各种精细作业,提出了一种新的关节位置/力矩控制方法.在自由空间和约束空间中分别采用滑模位置控制和具有前馈的PD力矩控制,在过渡过程中使用系统观测器切换控制模式.这种方法可以使关节在自由空间和约束空间中分别实现良好的轨迹跟踪和力矩跟踪,在过渡过程中实现控制模式的可靠切换和系统的稳定过渡.实验证明了该方法的有效性.关键词:位置控制;力矩控制;滑模控制;灵巧手中圈分类号:1?244文献标识码:A文章编号:1007-449X(2003)02—0151—06 Position/torquecontrolforjointofhumanoiddextroushandJIANGLi,LIUHong,CAIHe—gao(HarbinInstituteofTechnology,RobotResearchInstitute,Harbin150001,China) Abstract:Inthispaper,anewjointposition/torquecontrolstrategyisproposedinorderto completevariousfinemanipulationsbyusingdextroushand.Slidingmodepositioncontrol andPDtorquecontrolwithfeedforwardareusedinfreeandconstrainedspace,respectively. Systemobserverisadoptedintransitioninordertoswitchcontrolmode.Trajectorytrackinginfreespaceandtorquetrackinginconstrainedspacearerealized,andreliabilityofmode switchandstabilityofsystemareachievedintransition.Experimentalresultsverifiesthe effectivenessofthismethod.Keywords:positioncontrol;torquecontrol;slidingmodecontrol;dextrousrobothand1引言作为机器人与环境相互作用的最后环节和执行部件,末端执行器对于机器人智能化水平和作业水平的提高具有重要的意义,多自由度多关节的仿人机器人灵巧手成为新一代智能机器人研究的重点领域,世界上有很多着名的灵巧手问世,如2O世纪8O年代美国的Utah/M1T手和Stanford/WE手,9o年代德国的DLR手和美国的NASA-JsC手等_...为了使灵巧手可靠而稳定地抓握物体并且进行灵巧操作,灵巧手具有一定的柔顺性,即对外界环境具有顺应能力.目前,阻抗控制是主动柔顺控制的一种主要方法,其优点是把力控制和位置控制纳入统一的框架中,设计简单,任务规划量小,但是难于实现精确的力跟踪.为了解决阻抗控制的力跟踪问题,学者们提出了包括自适应控制在内的许多方法【6～,但是算法复杂,执行时间较长,应用效果并不理想.为此,本文以Hrr仿人灵巧手关节为对象,研究了一种新的位置/力矩控制方法,目标是:关节在自由空间中精确地跟踪期望轨迹,在约束空间中稳定地与环境接触并且跟踪期望力矩,能够实现自由空间到约束空间和约束空间到自由运动的稳定过渡.收稿日期:2002--09-01基金项目:圈零863计划(863—512—9924-03)和黑龙江省杰出青年科学基金资助项目.作者简介:姜力(1970-),男,博士后,研究方向为机器人及灵巧手的传感,驱动和控制: 刘宏(1966一),男,.长江学者奖励计划特聘教授,博士生导师,研究方向为仿人机嚣人灵巧手,机嚣人宏/截操作嚣;蔡捣奉(1934一),男.中啊工翟院院士,研究方向为机电一体化技术,机器人学.152电机与控制第7卷本文首先简要介绍HIT灵巧手并建立关节的传递函数和状态空间数学模型,然后分位置控制,力矩控制和系统观测器三部分研究关节的位置/力矩控制方法,最后通过实验验证该控制策略的有效性.2肼手关节的数学模型具有多种感知功能的仿人灵巧手一HIT手由4个完全相同的手指组成,大拇指与其他3个手指相对放置,每个手指有4个关节,末端的两个关节存在着机械耦合.HIT手采用微型直线驱动器和腱相结合的方式进行手指的驱动,l2个直线驱动器均放置在手掌中,从而实现了驱动系统和机械本体的集成,减小了灵巧手的体积,改善了系统的性能.HIT手具有关节力矩,指尖力,力矩,温度和位置等96个传感器,共600多个机械零件,1600多个表面贴装电子元件,是一个集机构设计,微型传感器,驱动及智能控制为一体的高度集成化机电系统,如图l所示.末端的两个关节通过腱一滑轮一弹簧机构实现运动的耦合,传动比是l:l.在手指中有关节力矩传感器用来检测关节所受的力矩;在手指的末端放置微型的五维力,力矩传感器,用来检测手指尖和被抓握物体的接触力和力矩,为柔顺控制提供力感信息.关节的驱动系统包括微型直线驱动器和腱传动两部分,微型直线驱动器是驱动系统的核心.该驱动器将微型无刷直流电机(BLDCM,BrushlessDCMo. tor),旋转一直线转换机构和减速机构融为一体,具有直线位置检测,电机位置检澍和光电式极限位置检测等多种感知功能,是一种光机电一体化的集成式微型直线驱动器,又称.人工肌肉(ti6cMus. de).根据BUX=M的动力学特性,关节的动力学特性如方程(1)～(5)所示.其参数的含义为:R为电枢电阻;,I为减速比;L为电枢电感;wM为PWM常数;KT为力矩常数;为电枢电压;K为反电动势系数;f为电枢电流;J为转动惯量;为电磁转矩;B为阻尼系数;T为接触力矩;为电机位置;为重力矩;0为关节位置;为摩擦力矩.电压平衡方程为u.=Ri+L軎+P(1)反电动势P=Ke百dOm(2)电磁转矩=K4(3)转矩方程图1FlIT手.1TheFlIThandHIT手的手指结构如图2所示.图2中,利用弹减速比簧,套管和腱传动由直线驱动器对中指节进行驱动, 图2HIT手的手指结构№2喀盯structure0ftheHIThand睾=.,dr"+Bdt+++丁,I'',1—使用PWM方式调节从而实现关节的位置控制,忽略驱动电路的延时,其传递函数为GPWM(s)=—≈七PwM(6)根据上述方程,单关节的传递函数为㈣=器=(,IKPwMKT)u.(一,I(Ls+R)(Tgs)-k(s)+7)),',(n'JL)s+n2(JR+BL)s+(n2BR+KKT)s设(f)=和D(t)=卯分别为关节的期望轨迹向量和实际轨迹向量,其中,,Od第2期仿人灵巧手关节的位置,力矩控制153分别为关节的期望位置,速度和加速度;0,百,分别为关节的实际位置,速度和加速度.定义误差向量为r)=(r)一D(r)=【e.e2P3】(8)[妻]=[三1.三][圣]一[呈]+[呈.]c+++0]Ud=d30d+(号+)+n2BR+KeKrdOd.,l儿dt'一百n2BR+K,Kr._一(争+):^?一一———_—一'^:一\丁._/' 等;A4-R.3关节的位置,力矩控制本文提出的关节位置/力矩控制策略的原理是:当关节在自由空间中运动时,采用滑模位置控制使关节跟踪期望轨迹:当关节在约束空间中运动时,采用前馈的PD力矩控制使手指与环境稳定接触并且跟踪期望力矩:当关节从自由运动向接触运动过渡或从接触运动向自由运动过渡时,采用系统观测器完成控制模式的切换和系统的稳定过渡.3.1关节位置控制系统的设计关节位置控制系统包括滑模位置控制器和轨迹插补两部分.3.1.1关节的滑模位置控制l9l滑模位置控制器的设计由两部分组成:选择切换函数,使系统的滑动模态渐近稳定并且具有期望的动态品质:求解控制函数uc(e),使滑模的存在条件和到达条件得以满足.1)切换函数s(层)的选择采用线性切换函数=D(9)式中:C=【clc2】;z(t)=【ele2P3】.取=l,不失一般性.滑模运动方程为+c2+ctel=0(10)特征方程为p+c2P+cl0(11)为了使系统渐近稳定,则c.>0,c2>0:为了使系统无超调,则c~>/4cI.2)控制函数")的选择所采用的控制函数为"clel+2e2+6sgn(s)(12)式中:.和分别是el和的反馈增益;为一个小的正数,它可以保证原点处(el===0)满足滑模的存在条件,同时提高系统的抗干扰能力,消除静态误差.根据广义滑模条件可以得到s=(cl+c2+亩=(一clc2一ctA2一A31)s+(cl+A2一一c22一A32)P2s+(c2+A2)s+【A4(丁++rf)+Is—A36sgn(s)s<0于是.f1,ets>0l.<0.f2.e2s>02{,<o~2<--号+叶l这里,x(一)≤n(一),x(),n()?由于采用PWM方式驱动关节,所以在控制系统中引入饱和函数(如图3所示),即f",luI≤lU=sat(u)={1,">1(13)【一1,"<一13.1.2关节的轨迹插补为了使灵巧手关节平滑地运动,在位置控制系统中对路径上给定的参考位置点r进行轨迹插补,使轨迹上所有点的位置,速度和加速度连续.本文采用带有过渡域的插补算法,原理如图4所示m1.在过渡域中采用4次多项式描述关节的位置,0,d和0的表达式为[(△c鲁+△B)c2h~-2AB]h+B+ABc?4=[(△c鲁+△B(1.5-h)2△-1亡(15)l54电机与控制第7卷图3关节的位置,力矩控髑系统Fig.3Position/torquecontrolsystemofthejoint:AC导+AB)(1一Ih)下3h(16)大时,有利于增强系统的稳定性和减小力超调?为了.\』t/r克服力矩传感器输出信号的噪声对于控制系统性能式(14)～(16)和图4中,C和D是运动路径上的的影响,在反馈环中以关节速度代替力矩的直接微关节参考位置;是加速时间,在k内关节可以从分.当AT=0时,前馈项提供的偏置力矩可以减静止加速到最大速度;和分别是轨迹段BC和CD小系统的稳态误差并且提高系统的抗干扰能力.的时间;AC=C-=A-B,h=速运鐾或脱离接需要利用系动段,:ACh,+:AC,:o'其中,Ih,,/T,.统观测器进行控制模式的切换?有关变量的说明如图4关节的轨迹插补原理Fig.4Principleoftrajectoryinterpolation3.2关节力矩控制系统的设计关节力矩控制的目标是:使关节成为一个独立于位置的纯力矩源,能够根据作业要求输出期望的力矩.PID控制以其算法的有效性和简易性在机器人力控制领域占据着主导地位.本文采用PD控制和前馈补偿相结合的方法设计关节力矩控制系统.控制函数"的表达式为,|日".△丁一KD++(17)式中:和丁分别为关节的期望力矩和实际力矩,AT=—T表示关节力矩误差;0为关节的实际位置;KP和KD分别为力矩控制器的比例系数和微分系数;".为控制器的输出;为关节所受的重力矩. 在控制算法中,引入速度反馈项是为了增加系统的阻尼,改善力控制系统的性能,特别是当阻尼增1)任务变量Task:GRAsP表示抓握,REI恩ASE表示放开.2)系统状态变量State:FREE表示关节处于自由空间,CoNrACT表示处于约束空间.3)控制模式变量Mode:POS_CTRL和FORCE—CTRL分别表示位置控制和力矩控制.4)力矩阈值变量TI.系统观测算法如图5所示.变量初始化:State=FREEmode--POS—CTRL令NNYlYIState=FREEState=CoNTACTState.o0NTACT mode=POS—CTRLmode=POS..CTRL.mode暑F0RCE—CTRL1'LI位置薯嗣器lL二二二图5系统观测器的算法Fig.5AlgorithmofS~qlttObs圈—er3.4关节保护系统3.4.1位置保护在运动和抓取过程中,为了使关节不超过自身的运动范围,进行位置保护是十分必要的.在埘T灵第2期仿人灵巧手关节的位置/力矩控制155巧手中,采用硬件和软件两种方式实现关节的位置保护.在微直线驱动器中使用电位计检测其直线位置,使用光电开关检测其极限位置.当驱动器到达设定的极限位置时,将产生极限位置信号.逻辑电路输出的刹车命令使驱动器停止运动,从而实现关节的硬件保护.在控制算法软件中首先判断关节的参考位置or和实际位置0是否在设定的关节运动范围之内,同时结合驱动器的运动方向,确定是否输出刹车信号,从而实现关节的软件保护.3.4.2力矩保护在抓握和操作物体时,为了避免手指与物体的接触力过大或手指之间相互碰撞而损坏灵巧手的机械件,传感器和驱动器,在进行位置保护的同时必须采取力矩保护措施.本文根据具体的作业任务设定关节力矩的允许范围,在保护系统中判断关节力矩是否在该范围之内,同时结合驱动器的运动状态确定是否输出"刹车信号,从而实现手指的力矩保护.4实验4.1控制系统硬件本文基于DSl103控制板建立HIT手的关节位置/力矩控制系统.DSl103板上的主处理器是摩托罗拉公司的PowerPC604e,辅处理器是德州仪器公司生产的数字信号处理器TMS32OF24o.该控制板还提供了A/O,D/A,I/O,PWM,RS232和RS422等多种功能模块.本文应用DSl103板上的l6位A,D转换模块采集电位计式直线位置传感器和两路霍尔传感器的输出信号,利用PWM模块输出电机的PWM驱动信号,利用BITI/O模块向驱动电路输出方向信号和刹车信号.本文采用直线电位计信号计算关节的角度,采用霍尔传感器信号计算关节的速度和加速度,利用关节力矩传感器感知手指在约束空间所受到的力矩.4.2控制实验4.2.1位置控制对关节的动力学模型参数进行测量和最dx--乘估计,结果为:R=5.7Q,L=0.44mH,KT=7.4×10(N?m)/A,K.=7.5×10一V/(rad?S一'),-,=7.7×lOkg?m2,B=5.2×10(N?m)/(rad?S),,I=1/2l8,KPwM=22.根据关节参数和3.1.1节给出的滑模控制参数计算公式,通过仿真和实验反复调整,最后确定滑模控制器的参数为cl9000,200,c3l;=0.03,rel=l3,卢l=8,re2=2,卢2=一2.由于控制量的有限性,机械系统的惯性和电气系统的延时等原因,抖振是实际滑模系统中必然存在的现象.本文采用符号函数连续化的方法抑制抖振.在式(12)的控制函数中,开关控制量"可以表述为"r-6sgn(s)=寺(18)lal将式(18)稍加修改,使之变为"赤(19)式中:△表示边界层的厚度,是很小的正常数.式(19) 将符号函数变为的光滑连续非线性函数,系统成为一种具有准滑动模态的变结构控制系统.在滑模超平面s=0的△邻域内,系统具有很高的增益,这对于.抖振的抑制是有利的.因为系统的状态稍偏离切换面时,会产生很大的控制力将其拉回到切换面上.但是如果系统的状态测量存在较大的误差,则切换函数在s=0附近的符号可能有误,由此造成控制量符号的错误,此时大的控制力反而会引起更强的抖振.较大的△有利于削弱抖振,但会严重地降低滑模系统固有的不变性,同时影响系统的稳态精度.许多学者研究了边界层厚度的选取原则,并且提出了在线调整△以适应系统动力学不确定性的各种自适应控制算法.本文通过实验的方法对△进行调整,原则是:在系统不发生明显抖振的前提下,最大限度地保持系统的鲁棒性,因为这是滑模系统的优势所在.关节滑模位置控制系统的阶跃响应如图6所示.图6中,x是驱动关节的直线驱动器的位置.实验中,期望位置是2.5turn,驱动器经过50Ills左右到达期望位置,响应速度快,并且无超调,无振荡,这对于机器人及其灵巧手的抓握和操作是非常重要的.:============0,Ol0ot/ms图6关节位置控嗣系统的阶跃响应曲线Fig.6Stepresponseofjointpoat~eotaroll56电机与控制第7卷结合3.1.2节的轨迹插补算法,在自由空间中进行轨迹跟踪实验,结果如图7所示.由图7可以看出, 驱动器很好地跟踪了期望轨迹.g3'052OO一≥0.O5O.1O0.150.2Dn25t圈7关节位置控镧系统的轨迹跟踪曲线Fig.7Ihject0ryIcl【ingofjmtpositioncontrol4.2.2力矩控制实验图8是抓握过程中关节从自由空间到约束空间的力矩曲线.根据具体的操作任务和关节力矩传感器信号的噪声,选定力矩阈值为----7.5N?mm.当关节力矩达到瓦以后,设定期望力矩为:15N?衄一20N?衄一25N?衄一20N?mm-*15N?ram;阶跃变化的时间间隔是0.5s.结果显示,关节力矩控制系统可以实现快速而准确的力矩跟踪,切换算法可以保证控制模式的可靠切换和过渡过程的稳定.,-,g●t,s圈8抓握过程的关节力矩.8Jointtorqueresponseingraspingphase5结论为了使仿人灵巧手能够可靠而精确地抓握物体并进行精细作业,本文提出了一种新的关节位l/力矩控制方法:在自由空间和约束空间中分别采用滑模位置控制和具有前馈的PD力矩控制,在过渡过程中使用系统观测器进行控制模式的切换.这种方法可以使关节在自由空间和约束空间中分别实现良好的轨迹跟踪和力矩跟踪,在过渡过程中实现控制模式的可靠切换和系统的稳定过渡.以瑚rr灵巧手关节为对象进行的实验证明了该方法的有效性.{_|考文献:Il】JAo0BSENSC,WOODJE,KNU,rTIDF,eta1.TheUTAH/MITdextroushand:workinpmgreu【J】.TheInter? nationalJournalofRoboticsResearch.1984,3(4):21-50.【2】2SALISBURYJK,CRAIGJJ.Articulatedhands:fclroecon? tmlandkinematicissues【J】.InternationalJournalofRob? oticsResearch.1982,l(1):4—17.【3】BUTTERFASSJ,HIRZINGERG,KN0CHS,eta1.DLR'Smultisensoryarticulatedhand.partI:hard?andsoftwarearchitecture[A】.ProceedingsoftheIEEEInterna? tionalConferenceonRoboticsandAutomation[C].Leuven, nelgium,1998.2081—2086.【4】LIUH,BUTTERFASSJ,KNoCHS,cta1.Anewcontrol strategyforDLR'Smultisensoryarticulatedhand【J】.IEEE ControlSystems.1999,19(2):47—54.【5】LOVCHIKCS,DIFLERMA.TheRobonautHand:A dextrousrobotichandforspaceIA1.ProceedingsoftheIEEE InternationalConferenceonRobotics彻dAutomation.Detroit【q.Michigan,1999.907—912.【6】H0MAY0UNS.NonlinearandAdaptiveControlofForce andComplianceinManipulaton【J】.TheInternationalJour? nalofRoboticsResearch,l998,l7(5):467—484.用HOMAYOUNS,RICHARDC.Forcetrackinginimpedance control【J】.TheInternationalJournalofRoboticsResearch, 1997.16(1):97一ll7.【8】8SEULJ,HSIATC.Adaptiveforcetrackingimpedance controlofrobotforcuttingnonhomoganeousworkpiece[A】. ProceedingsoftheIEEEInternationalConferenceonRobo? ticsandAutomation[C].Detroit,Michigan.l99I9.1800一l805.【9】姜力.蔡鹤皋.刘宏.基于滑模位置控制的机器人灵巧手模糊自适应阻抗控制【J】.控制与决策,2001,l6(5):612—616.【lq理查德.P.保罗着.机器人操作手:数学,编程和控锚【M1.郑时雄,谢存禧译.北京:机械工业出版社.1991.13o—l(编辑:徐兴华)。

机器人研磨自由曲面时的作业环境与柔顺控制研究共3篇

机器人研磨自由曲面时的作业环境与柔顺控制研究共3篇机器人研磨自由曲面时的作业环境与柔顺控制研究1机器人在磨削自由曲面的应用方面已经得到了广泛的研究和应用。

在这样的应用场景中，机器人需要对物体表面进行高效和精确的加工。

本文将介绍机器人研磨自由曲面时的作业环境与柔顺控制研究。

一、机器人磨削自由曲面的应用环境机器人磨削自由曲面的应用环境主要包括以下几个方面：1、工件表面几何形状复杂度高。

自由曲面的磨削需要针对工件表面进行高精度的加工，而曲面的几何形状往往较为复杂。

这就要求机器人在磨削过程中要有良好的重心控制能力和机器人末端的力传感能力，以保证磨削效果和加工精度。

2、均匀性和表面粗糙度的要求较高。

自由曲面的表面粗糙度往往比较高，需要经过多道磨削加工才能获得足够的光滑度。

而均匀性的要求也非常高，需要机器人在磨削时均匀施加力，保证工件表面的一致性。

3、加工环境要素复杂。

在机器人磨削自由曲面时，需要考虑工件的尺寸和形状以及机器人自身的动态特性。

同时，还需要考虑加工环境中的各种干扰因素，如电磁干扰、空气流动等。

因此，需要对机器人进行适当的防抖和干扰抑制措施。

二、柔顺控制研究机器人在磨削自由曲面时，需要具备柔顺控制能力。

柔顺控制主要是指机器人的力控制和位置控制能力。

力控制方面的主要目标是实现机器人机械臂与工件之间的柔性交互。

而位置控制方面，主要是实现在磨削过程中对机器人末端的准确位置控制。

柔性控制可以通过力传感器和控制算法来实现。

力传感器可以帮助机器人感知加工过程中的接触力和切削力，判断工具与工件表面的接触情况，从而实现柔性控制。

而控制算法则可以根据力传感器反馈的信息，通过动态调整电机控制器，实现机器人动态调节和精确控制。

另外，在机器人磨削自由曲面时，还需要考虑机器人的轨迹规划和运动控制。

轨迹规划方面需要考虑工件表面的几何形状和磨削参数等因素，从而生成符合加工要求的路径规划。

而运动控制方面，则需要实现对机器人各个关节的联动控制，以实现复杂曲面的磨削任务。

机器人灵巧手五指尖力力矩传感器的研究-刘宏

在后面的数据处理系统中，可以用数字滤波来进一步提高信噪比，但电路的硬件滤波仍是提高抗噪声能力的关键所在．
４微型五维指尖力／力矩传感器的数据采集系统
为了实现整个多指手的控制，我们采用了德国ｄｓＰＡｃＥ公司最新推出的基于双徽处理器的ＤＳｌｌ０３控制板．控制板上的主微处理器是摩托罗拉公司的ＰｏｗｅｒＰＣ６０４ｅ，辅做处理器是德州公司制造的数字信号处理嚣（Ｄ８Ｐ）芯片ＴＭＳ３２９Ｆ２４０．在这块控制板上，集成有Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、ＢｉｔＩ／Ｏ、ＰＷＭ、ＲＳ４２２串行通讯等多个功能模块，我们使用其中的１６位高速Ａ／Ｄ转换模块构成了微型五维指尖力／力矩传感器的数据采集硬件系统．该控制板还提供了十分强尢的软件功能，用户既可以用ＶＣ＋＋语言来骗写实时应用程序，也可以通过ＭＡｎ＾Ｂ的岛ＭＵＬＩＮＫ模块建立系统模型来自动生成蜜时应用程序．该控制扳的＾机界面非常＿好。用户可以使用各种ＡｃｉｉｖｅＸ控件设计实验平台，给实时仿真和控翩提供了很大的方便．
圈３指尖力／力矩传感器数据采集定时中断服务程序流程田
进行实时的跟踪和补偿．设“ｌ，“２，ｕ３，“４，“５分别是五个通道输出电压的Ａ／Ｄ转换值，ｒｅｆ是在同一时刻采样所得副的参考电压值，则每次的测量值分别是：ｕＩ－－ｒｅｆ，ｕ２一ｒｅｆ，ｕ３一ｒｅ｛，ｕ４一ｒｅｆ·ｕ５一ｒｅｆ，所得到的测量值经零位校正、数字低通滤波和温漂补偿之后，乘以标定矩阵从而得到五维力／力矩·
本文将介绍我们所研制的机器人灵巧手微型指尖力／力矩传感器，包括传感器的弹性体结构、运用表面贴装技术设计的信号调理电路、基于ＰｏｗｅｒＰＣ的数据采集系统和数据处理系统，最后介绍基于最小二乘理论的传感器静态标定．
２五维指尖力／力矩传感器简介
多指手指尖力／２矩传感器的主要性能要求是：设计紧凑，即重量轻、体积小；测量精度高；动态响应快．根据设计要求，我们利用有限元方法在ＰｒｏＭｅｃｈａｎｌｃａｌ的环境下优化设计了矗维力／力矩传感器的弹性体机械结构．为了实现传感器的低功耗和低漂移，我们采用了ＢＬＨ公司生产的做型高阻（阻值为５Ｋ左右）金属应变片，组成五个应变测量半桥，将自行设计制作的信号调理电路内置于传蒋器的机械本体之中，实现了传感器的

模块化磁吸五指灵巧手结构设计与控制研究

模块化磁吸五指灵巧手结构设计与控制研究司成俊（长治职业技术学院机电系，山西长治046000）摘要针对目前五指灵巧手自由度低、拆装繁琐等问题，设计出一种模块化、易拆装、直驱式11自由度五指灵巧手。

通过永磁铁实现手指关节间的快速拆装，每个手指关节至少有±90°转动范围；通过对大拇指转动角度的特殊设计，可实现灵巧手左/右手模式直接切换以及双侧同时抓取。

通过3D打印制作了五指灵巧手样机。

针对灵巧手多传感器造成控制系统复杂的问题，提出采用电流反馈控制算法，通过对电机驱动电流进行信号采集和后处理，建立了电流-转角-指尖力之间的数学模型，并进行了抓取实验。

结果表明，设计的模块化灵巧手具有较强的抓取能力，并且通过电流反馈控制算法，可以实现对灵巧手运动状态和抓取力的控制，完成对目标物抓取操作。

关键词模块化磁吸关节电流反馈算法双侧抓取Study on the Structural Design and Control of Modular MagneticSuction Five-finger Dexterous HandSi Chengjun（Electromechanical Department，Changzhi Vocational and Technical College，Changzhi046000，China）Abstract In order to solve the problems of low freedom of five fingers dexterous hand and complicated disassembly and installation，a modular，easy disassembly and installation，direct drive11degrees of freedom five fingers dexterous hand is designed.Each finger joint has a rotation range of at least±90°.Through the spe‐cial design of the rotation angle of the thumb，the left/right hand mode of the dexterous hand can be directly switched and both sides can be grasped at the same time.A five-finger dexterous hand prototype is made through3D printing.Aiming at the complex control system caused by multiple sensors of the dexterous hand at present，the current feedback control algorithm is proposed，through signal acquisition and post-processing of the motor drive current，the mathematical model of current-rotation angle-fingertip force is established，and the grasping experiment is carried out.The results show that the designed modular dexterous hand has strong grasping ability，and the control algorithm of current feedback can control the movement state and grasping force of the dexterous hand，and complete the target grab operation.Key words Modular Magnetic suction joint Current feedback algorithm Double side grasp0引言灵巧手作为重要的人机交互工具之一，其在工业机器人和服务机器人中占据重要的地位。

柔性机器人与刚性机器人区别

柔性机器人与刚性机器人区别柔性机器人与刚性机器人区别柔性机器人是一种能够仿照人手臂的柔软度、速度和精度，用于协作和互动的机器人。

相比于传统机器人，柔性机器人的关节结构、传感器和控制算法都具有更高的灵活性和适应能力。

柔性机器人适用于工业自动化、医疗、服务机器人等多个领域。

柔性机器人的特点包括： 1. 柔性：柔性机器人使用柔性材料和可曲伸的关节，可以像人手臂一样柔顺地进行各种活动，能够适应工作环境的变化和复杂程度。

2. 精度：柔性机器人的运动精度非常高，可以实现微小操作和高精度加工。

3. 安全性：柔性机器人的柔性结构使其避免了刚性机器人在与人相关的任务中可能造成伤害的风险。

4. 应用范围广：柔性机器人适用于多种领域，如医疗、服务机器人、智能制造等。

刚性机器人是一种机器人的类型，它的特点在于其结构及运作方式不太灵活，机械臂和手爪较为坚硬并且比较具有结构性，一般可以在工业生产线等生产场景下，完成指定的重复性、高精度和高质量的生产任务。

刚性机器人的特点包括： 1. 较高的工作精度和重复性：刚性机器人可以非常准确地重复执行相同的操作任务，从而实现高精度生产。

2. 较强的承载能力：由于刚性机器人的结构坚硬，其承载能力比较强，可以承担较重的负荷。

3. 适用面广：刚性机器人不仅适用于制造业，还广泛应用于医疗、教育、服务业等不同领域。

4. 安装固定简单：刚性机器人的结构和操作模式比较固定，其安装和维护相对较为简单。

刚性机器人在诸如汽车制造、电子产品生产等生产场所一般可以执行行业标准的标准化操作，涵盖从理论规划到实际生产中各个阶段的工作任务，多应用于那些相对单一、重复性高的工作场景，例如挂上不同大小的机床上继而完成自加、切割、焊接、喷漆等加工任务，大大提高了制造效率和效益。

柔性机器人和刚性机器人都是机器人技术的一种，但二者的设计和应用有很大的区别。

1. 结构设计：就结构而言，刚性机器人一般采用关节连杆的设计结构，机器臂由多个关节构成，可进行多自由度的运动。

HIT机器人灵巧手手指及其阻抗控制的研究

抗控制是实现机器人柔顺控制的主要方法之一，文本
力／矩传感器、指一维力矩传感器以及基关节二力手维力矩传感器等。传感器的布置及弹性体结构如图２各所示。尖力／力矩传感器布置于手指末端，接感知指直
中心（Ｒ）基于ＤＬｔＤＬ，ＲＩ和ＤＬＩ１合作研制的仿ＲＩｔ，
人灵巧＿Ｉ５．图１示，４相同结构的手指，Ｔ１如＿３所有个共具有１个自由度，个手指具有４关节、个自由度，３每个３
触力，现稳定抓取是多指操作研究重要的内容之一。实为了解决多指手抓取操作中对任意作用力的柔性要求与位置控制及机构刚度要求之间的矛盾，多指手对使接触环境具有柔顺性是实现多指灵巧操作的关键。阻
六维力／力矩传感器作为力反馈，实现了笛卡尔空间的阻抗控制。关键词：Ｉ巧手ＨＴ灵力／矩传感器力阻抗控制文献标识码：Ａ文章编号：００— ９８２０）７—０００１０４９（０８００５— ４
实现物体的期望运动进行各－指的位置控制；一方Ｙ－另
面，取的一个重要特征是各手指与物体间存在作用抓
力。置控制是实施力控制的前提，力控制则是实现位而

机器人柔性控制研究

机器人柔性控制研究第一章：引言随着信息技术和制造技术的发展，机器人的应用范围不断扩大，从工业生产到服务行业和日常生活等领域都有广泛应用。

机器人的柔性控制技术是提高机器人运动灵活性和适应性的关键技术之一，它可以实现机器人的多种姿态和灵活的控制方式，从而实现多种操作任务。

第二章：机器人的柔性控制机器人的柔性控制是指通过柔顺的运动控制方式改变机器人自身的形状和结构，以适应不同任务环境和操作要求的技术。

机器人的柔性控制技术主要包括柔性传感、柔性运动控制、柔性夹具和柔性机械手等方面。

2.1 柔性传感机器人的柔性传感是指机器人通过柔性传感器来感知环境信息，进而改变自身控制方式的技术。

柔性传感器可以通过改变形状、弯曲或伸缩的方式来反映机器人所处环境的不同参数，如温度、压力、形变等，从而实现机器人的柔性控制。

2.2 柔性运动控制机器人的柔性运动控制是指机器人通过柔性控制方式来实现某些特定运动模式，如弯曲、扭转、屈曲等。

柔性运动控制技术可以通过改变机器人关节的强度、角度和速度等参数来实现机器人的柔性控制。

2.3 柔性夹具机器人的柔性夹具是指通过柔性夹具来实现机器人在不同环境下完成特定操作任务的技术。

柔性夹具可以根据不同工件的形状、尺寸和材料等特点进行自适应调整，从而实现机器人的柔性控制。

2.4 柔性机械手机器人的柔性机械手是指通过柔性链接件来实现机器人灵活控制的技术。

柔性机械手可以根据不同工件的形状和尺寸的变化自适应调节机械臂的形状和长度，从而实现机器人的柔性控制。

第三章：机器人柔性控制的研究进展机器人柔性控制技术是当前机器人研究的热点之一，国内外的研究人员在这一领域开展了大量的研究工作。

3.1 柔性传感的研究目前，关于柔性传感器的研究主要集中在材料、传感原理和应用等方面。

材料方面，研究人员主要关注柔性传感器的力学性能和稳定性能。

传感原理方面，研究人员主要关注柔性传感器的成像原理和信号处理算法。

应用方面，研究人员主要关注柔性传感器在医疗、工业制造和生物学等领域的应用。

机器人灵巧手五指尖力力矩传感器的研究-刘宏

擞型化．传感器的主要性能指标是：三维力ｎ，Ｂ和凡的测量范围是１０Ｎ，二维力矩尬和鸠的测量范围是
０．２Ｎ．ｍ，测量精度为５％．
３微型五维指尖力／力矩传感器的信号调理电路
由应力计算可以得到．在＋５Ｖ恒压源供电的情况下，每个应变半析的电压输出不超过：ｉ：２５ｍＶ－如此小的输出电压必须经过高输人阻抗、高共模抑制比、高信噪比、高放大倍数的顼放大电路，才能提供给数据采集
在数据处理系统系统中，除了进行低通滤波和温度补偿以外，针对本传感器的具体特点＋我们还做了以下两点考虑．
（１）参考电压的处理尽管电压参考芯片ＭＡＸ６００２具有很高的精度。我们还是把参考电压信号翰人列数据采集系统中．以便
７３２
机器人
２０００年８月
Ｉ）Ｓｌ１０３控制董的初始化
＋
Ｉ蠡拇采集程序的柳蚰化■窟，鼻Ａ／Ｄ＃基ｌ置道井置时２岫■慑曩道设置完成
抗噪声进而提高信噪比是本电路的关键所在，因此在选择高性能元器件的基础上，在电路的设计中还主要应：
（１）用滤波电路来抑制噪声．在每个集成电路芯片的电源端，尽可能近地放置滤故电容；在每个ＡＤ６２３的同相输人端和反相输入端，尽可能近地放置电容以构成一阶低通滤波网络，此时要兼顾系统的动态响应．（２）用良好的印制板布线来避免噪声或降低噪声，其中最重要的一点是地线和电源线的合理布置．
于ＰｏｗｅｒＰＣ的ＤＳｌｌ０３控制板构成了传感器的数据采集和处理系统；应用最小二乘理论实现了传感器的静态标定．微型指尖２／力矩传感器的成功研制为具有感知功能的机器人灵巧手的研究创造了条
件．
关键词：多指手；多维力传感器；标定；最小二乘法
中田分类号：ＴＰ２４
文献标识码：Ｂ
１引言
近年来，机器人技术有了很大的发展，应用领域也随之拓展，由早期单纯的工业生产渗透到航天、娱乐和服务业等领域．应用范围的扩大和作业水平的提高，对机器人的末端执行器提出了更高的要求．为此，多指灵巧手的研究成为当前机器人技术的热门课题之一．在世界范围内已经获得了许多很有应用价值的成果ｎｑ］．

柔性机械手的自适应控制技术研究

柔性机械手的自适应控制技术研究柔性机械手是一种能够模拟人手的机器人。

它由多关节连接而成，可以灵活地运动和控制。

柔性机械手是一项复杂的技术，需要设计和控制方面的专业知识。

本文将探讨柔性机械手的自适应控制技术研究，包括其概念、应用、挑战和未来发展方向等。

柔性机械手的概念和应用柔性机械手是一种类似于人手的机器人，由多个关节连接而成，可以模拟人体的运动。

它可以在不同的环境下完成复杂的操作，例如物品抓取、装配、焊接等。

柔性机械手具有以下几个特点：1. 模仿人手的灵活性和灵敏度，可以在复杂环境中进行操作。

2. 狭小空间内操作能力，可以适应复杂的生产环境。

3. 优越的灵活性，可以通过不同的连接和附加装置来完成不同的任务。

柔性机械手应用广泛，可以用于各种制造业、医疗保健、食品加工和娱乐等领域。

例如，柔性机械手可以在电子制造过程中协助自动化装配，可以在医疗手术中提供精密的控制，可以辅助残疾人的生活等。

柔性机械手的自适应控制技术柔性机械手的自适应控制技术是一项很重要的技术。

它可以使机械手在未知的环境下自适应，并对环境变化做出调整。

自适应控制技术能够让机械手在运作过程中自动调整，使其更加精准、高效地完成任务。

柔性机械手的自适应控制技术具有以下特点：1. 自适应性能强，能够在不同的环境下实现自适应调整。

2. 精度高，可以精准地控制和定位柔性机械手的运动。

3. 高效率，可以实现高速运动和快速响应。

柔性机械手的自适应控制技术主要是通过传感器、控制器和执行机构实现的。

机械手的传感器可以检测外部环境的变化，控制器可以自动调整机械手的动作规划，而执行机构可以实现动作的自适应调整。

柔性机械手的自适应控制技术的挑战和未来发展方向柔性机械手的自适应控制技术还面临着一些挑战。

例如，机械手的传感器需要更加高效和精确，以实现更准确的控制；机械手的控制器需要更加智能和灵活，以实现自适应规划；机械手的执行机构需要更加精准和可靠，以实现柔性性能的自适应调整。

气动柔性灵巧手输出力控制技术_王志恒

的回弹力的作用下，恢复原状；可以通过调节 FPA ，内腔气体压力进而控制 FPA 的轴向伸长量。整个
［11 ～ 15 ］。过程即是 FPA 的驱动过程在 FPA 的研究基础上，提出了基于 FPA 的弯曲［16 ］［17 ］侧摆关节，并最终研制了具有 5 个手关节、 20 个自由度的 ZJUT Hand［18］，如图 2 所示，结构指、参数如表 1 所示。ZJUT Hand 的每个手指指尖设置
ZJUT Hand 本体结构参数
Structural parameters of ZJUT Hand
数值 20 35 35 25 ［ 0， 90］［－ 15 ， 15］ 27 125 135 245 120 400
图1 Fig． 1
气动柔性驱动器
（ b）实物照片
Flexible pneumatic actuator
图3 Fig． 3 手指的本体结构 Structure of finger
K b Δp2 = 4 JT 4 F K b Δp3 Δp l + Δp s ）
K b Δp1
（ 3）
— —3 个弯曲关节的 FPA 内腔 Δp1 、 Δp2 、 Δp3 — MPa 压力增量， — —侧摆关节长短 2 个 FPA 内腔压 Δp l 、 Δp s — MPa 力增减量， Kb 、 Ks — — —弯曲关节和侧摆关节的结构参数
有五维力传感器，每个关节上配置有 AS5045 型非接触式角度传感器。
1
气动柔性驱动器及 ZJUT Hand
图2 Fig． 2
（ a） 3D 效果图
ZJUT Hand 原型
（ b）实物照片（配置传感器）

基于触觉感知的双臂护理机器人柔顺控制方法

05
结论与展望
研究成果与贡献
提出了一种基于触觉感知的双臂护理机器人柔顺控制方法，实现了对护理对象的准确识别和柔顺交互。
通过对双臂机器人的协调控制，实现了对护理对象的稳定、安全、舒适的护理。
研究成果在理论上证明了基于触觉感知的柔顺控制方法在双臂护理机器人中的应用可行性。
研究不足与展望
1
当前研究仅针对双臂护理机器人的基础柔顺控制方法进行了研究，尚未考虑多场景、复杂环境下的应用问题。
研究方法
详细介绍本研究采用的技术路线和方法，包括触觉传感器设计、信号处理方法、控制算法设计和实验测试等。
02
双臂护理机器人概述
双臂护理机器人的的上肢结构，能够实现类似人类手臂的弯曲、伸展、旋转等动作，从而在操作过程中具有高度的灵活性。
2
在触觉感知方面，仍存在感知精度、稳定性和鲁棒性等方面的不足，需要进一步研究和改进。
3
在未来的研究中，可以进一步拓展该方法在多场景、复杂环境下的应用，提高双臂护理机器人的适应性和实用性。
未来研究方向和计划
研究适用于不同场景、复杂环境下的双臂护理机器人柔顺控制方法。
针对触觉感知技术进行深入研究，提高感知精度、稳定性和鲁棒性等方面的性能。
基于触觉感知的双臂护理机器人柔顺控制方法
2023-11-07
contents
目录
• 引言 • 双臂护理机器人概述 • 基于触觉感知的柔顺控制方法 • 实验与验证 • 结论与展望
01
引言
研究背景与意义
随着人口老龄化，护理机器人成为照顾老年人的一种有效解决方案。
触觉感知在护理机器人中具有重要作用，可以提高机器人的操作精度和安全性。

工业机器人中的柔顺性控制算法技巧

工业机器人中的柔顺性控制算法技巧近年来，随着科技的快速发展，工业机器人在生产领域的应用越来越广泛。

为了能够更好地适应复杂的工作环境和完成更多的任务，工业机器人需要具备柔顺性，即能够对外界的变化做出快速而准确的响应。

柔顺性控制算法技巧的研发和应用成为了提高工业机器人性能的重要手段之一。

一、传感器选择和数据处理柔顺性控制的关键在于实时感知环境的物理状态和变化情况。

传感器的选择和数据处理对于工业机器人的柔顺性控制起着至关重要的作用。

常用的传感器包括力传感器、视觉传感器和陀螺仪等。

力传感器能够实时测量机器人在工作过程中受到的力和力矩，从而获取工件和环境的物理特性。

视觉传感器能够通过图像识别和处理技术，实时感知目标物体的位置、形状和姿态等信息。

陀螺仪可以检测机器人的角速度和角度，提供机器人的姿态数据。

对于传感器采集到的数据，需要进行精确的处理和分析。

数据处理的目标是提取有用的信息，例如力控制、位置控制和姿态控制等所需的参数。

同时，需要考虑数据的实时性和准确性，以保证柔顺性控制的精度和稳定性。

二、力控制算法在工业机器人中，力控制是实现柔顺性控制的重要手段之一。

合理选择和设计力控制算法，能够使机器人能够更好地适应外界的变化。

在力控制算法中，常用的方式有力矩控制、阻抗控制和模糊控制等。

力矩控制是通过控制机器人的关节力矩来实现工件和机器人之间的力交互。

阻抗控制是通过控制机器人的刚度和阻尼来适应外界力的变化。

模糊控制是通过模糊逻辑来实现对力信号的响应。

选择合适的力控制算法需要考虑各种因素，如控制精度、响应速度和稳定性等。

在设计力控制算法时，还需要考虑机器人的结构特点和任务需求，从而优化控制策略。

三、路径规划和轨迹控制工业机器人中的柔顺性控制不仅需要对力信号的响应，还需要保证机器人在执行任务时的路径规划和轨迹控制的柔顺性。

路径规划是根据任务需求和环境变化，确定机器人运动的最佳路径。

轨迹控制是实时控制机器人末端执行器的运动轨迹，使其达到期望的姿态和位置。

机械臂关节柔顺性控制策略研究

机械臂关节柔顺性控制策略研究机械臂作为一种重要的工业自动化设备，广泛应用于各个领域。

然而，传统的机械臂关节控制方法往往是僵硬的，缺乏灵活性和柔顺性。

为了提高机械臂在复杂工作环境下的性能，研究人员开始关注机械臂关节的柔顺性控制策略。

关节柔顺性控制是指机械臂关节能够在不同的任务和工作环境中实现平滑、连续和柔和的运动。

这种控制策略不仅可以增强机械臂在高速和高精度任务中的运动表现，还可以提高机械臂在与人类进行合作操作时的安全性。

为了实现机械臂关节的柔顺性控制，研究人员主要从以下几个方面展开研究。

首先，采用先进的传感器技术是实现柔顺性控制的基础。

通过在机械臂关节上安装力、力矩或压力传感器等传感器，可以实时地获取关节的运动状态和受力情况。

这些传感器可以为控制算法提供关键的信息，使机械臂能够及时响应外部环境的变化，并做出柔和的动作。

其次，开发高性能的控制算法是关节柔顺性控制的核心。

传统的机械臂关节控制算法往往只考虑到位置和速度的控制，缺乏对力和力矩的控制。

而关节柔顺性控制需要综合考虑位置、速度、力和力矩等因素，采用先进的控制理论和方法进行设计。

例如，可以采用模型预测控制、自适应控制或弹性元件控制等方法，实现关节力的控制和力矩的平衡，从而使机械臂关节能够更加柔和地运动。

此外，改进机械臂关节的结构设计也是提高柔顺性控制性能的重要手段。

目前，一些新型的关节结构已经出现，如柔性结构关节和弹性杆件关节等。

这些新型关节结构可以通过动态刚度调节和自适应控制，实现关节刚度的变化。

通过合理设计关节的刚度特性，可以进一步增强机械臂关节的柔顺性，并适应不同的工作任务和工作环境。

最后，机械臂关节柔顺性控制策略的研究还需要考虑到现实工业应用的可行性和可靠性。

在实际工作环境中，机械臂往往需要长时间、高负荷的工作。

因此，在设计关节柔顺性控制策略时，需要考虑到控制算法的实时性、计算复杂性和稳定性等问题。

只有设计出既满足控制要求又能够实际应用的柔顺性控制策略，才能真正提高机械臂关节的性能和实用性。

仿人灵巧手的结构设计与单指的控制策略

参考文献：［ 1］王晓力．助力转向液压系统的流量分析与计算［ J］．重型 1994 ，（ 3 ）： 21 － 24．汽车，［ 2］张枫念．动力转向器转阀特性设计模拟修正的研究［ J］． 2009 ，（ 10 ）： 14 － 18．轻型汽车技术，［ 3］路长国．国产桥车液压动力转向系统的分析与改进［ J］． 89． 4 97． 5 99． 3 98． 6 98． 6 97． 9 98． 2 2005 ，（ 3 ）： 27 － 29．液压与气动，［ 4］余敏．汽车动力转向器试验台测试系统设计［D］．武汉： 2005．武汉理工大学，［ 5］王若平，蒋军，高翔．汽车转阀式液压动力转向器性能分 J］．农业机械学报， 2006 ， 37 （ 11 ）： 16 － 19．析与试验［［ 6］徐志军．汽车性能与使用［ M］．北京：化学工业出版社， 2010．［ 7］何虹儒．汽车液压动力转向器特性分析及检测系统实现［ D］．杭州：浙江大学， 2009．［ 8］吴兴敏， M］．北京：国防工业邓万豪．汽车整车性能检测［ 2010．出版社，
［ e（ k ）－ e（ k － 1 ）］｝当 e（ k ）＞ ε 时， PD 控制算即 β = 0，进行 PD 控制，
u （ k ） = K p e（ k ） +
{
TD ［ e（ k）－ e（ k － 1）］ T T e（ j ） + TI ∑ j =0
k
}
图3
灵巧手手指结构图
在加工出灵巧手指后，进行实验发现关节处存在，其型号较大的摩擦力因此在设计中又加入凸缘轴承，为 618 /4 ，减少关节运动时的摩擦力使控制精度更高，减少磨损和噪音。其中在关节处各有 0. 5 mm 的间隙用来消除加工误差和安装误差表 1 所示为手指各关节尺寸表。