机器人柔性抓取试验平台的设计与抓持力跟踪阻抗-ingentaconnect.pdf

第 31 卷 第 1 期 农 业 工 程 学 报 Vol.31 No.1 58 2015 年 1 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jan. 2015 机器人柔性抓取试验平台的设计与抓持力跟踪阻抗控制 1 1 1 1 2 王学林 ，肖永飞 ，毕淑慧 ，范新建 ，饶洪辉 （1. 山东省科学院自动化研究所，山东省机器人与制造自动化技术重点实验室，济南 250014 ； 2. 江西农业大学工学院，南昌 330045 ） 摘 要：为减小机器人在采摘过程中对果蔬的损伤，设计了机器人柔性抓取试验平台，提出了一种适合末端执行器双指 抓取果蔬的抓持力跟踪阻抗控制算法，该算法将末端执行器抓持果蔬系统等效为阻抗-导纳模型，使手指力/位控制等效为 期望的惯量-阻尼-刚度模型，可按需调节其参数实现抓持力与位置的动态关系。期望抓持力与采集果蔬实际接触力的偏差 作为外环力阻抗控制器的输入，控制器生成对内部位置环参考轨迹的校正量。该算法仅考虑沿末端执行器双指夹持果蔬 方向，避免了使用多自由度机械臂阻抗控制算法的复杂性，提高了控制的实时性，同时对抓取系统模型的不确定和力扰 动具有较强的鲁棒性。机器人抓取试验证明了双指抓持力反馈阻抗柔顺控制算法的有效性，可实现机器人柔性抓取，减 小抓取果蔬损伤和保证品质。该研究可为农业机器人无损抓取和采摘提供关键技术。 关键词：机器人；末端执行器；算法；柔性抓取；力控制；阻抗控制；采摘；导纳控制 doi ：10.3969/j.issn.1002-6819.2015.01.009 中图分类号：TP24 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2015)-01-0058-06 王学林，肖永飞，毕淑慧，等. 机器人柔性抓取试验平台的设计与抓持力跟踪阻抗控制[J]. 农业工程学报，2015，31(1)： 58－63. Wang Xuelin, Xiao Yongfei, Bi Shuhui, et al. Design of test platform for robot flexible grasping and grasping force tracking impedance control[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(1): 58－63. (in Chinese with English abstract) 望的二阶阻抗-一阶导纳系统模型，提出了基于笛卡尔空 0 引 言 间末端执行器双指抓取果蔬的主动力跟踪阻抗控制算 由于作业的复杂性和特殊性，农业机器人抓取成功 法，以期实现果蔬的柔性抓取。 率低、损伤率高，柔性抓取和夹持已成为相关机器人研 1 机器人柔性抓取系统设计 究的关键技术。在减小果蔬抓取夹持损伤方面，国内外 许多学者已经进行了多方面研究：在夹持器恒速模式下， 1.1 双驱末端执行器设计 以果实粘弹性伯格斯力学模型为基础，建立了快速的果 相比夹持中心不变的传统双指执行器，双驱动末端