基于可变遗忘因子递推最小二乘法的无传感器机器人末端接触力估计.pdfVIP

基于可变遗忘因子递推最小二乘法的无传感器机器人末端接触

力估计

李龙;陈智;汪博文;田应仲

【摘要】随着人机共融生产模式的推广,人与机器人需要协作完成工作任务,在人机

协作的过程中需要估计机器人末端接触力.传统的机器人末端接触力估计主要是基

于外部传感器来实现的,这不仅会使机器人本体成本增加,还会使机器人的控制系统

变得更加复杂.针对这个问题,研究了无外部传感器的机器人末端接触力估计算法.首

先设计数字低通滤波器对机器人动力学方程进行滤波,建立不显含加速度信号的机

器人动力学模型,然后将机器人末端接触力看作时变参数,采用递推最小二乘法估计

末端接触力,通过动态的改变遗忘因子使算法具有更好的响应特性,达到了较好的效

果.最后通过MATLAB和ADAMS联合仿真验证了算法的有效性.%Withthe

developmentofcollaborativeproduction,humanandrobotneedtoco-

operateinwork,soitisnecessarytoestimatetherobotend-effector

contactforce.However,conventionalcontactforceestimationmethods

arebasedonadditionalsensors,whicharenotonlyenhancecostbutalso

increasethecomplexityofsystem.Tosolvethisproblem,weproposea

contactforceestimationmethodwithoutanyextrasensors.First,filtering

therobotdynamicsequationandestablishthedynamicsequationwithout

acceleration,thenweconsiderthecontactforceastime-varying

parametersandestimatethecontactforcebasedonrecursiveleast-

squaresalgorithm,bychangingtheforgettingfactoradaptively,the

algorithmachievegoodresponsecharacteristics.Finally,theresultsof

simulationonMATLABandADAMSverifythatthealgorithmisvalid.

【期刊名称】《机械设计与制造》

【年(卷),期】2017(000)0z1

【总页数】5页(P209-212,216)

【关键词】接触力估计;最小二乘法;可变遗忘因子

【作者】李龙;陈智;汪博文;田应仲

【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与

自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学

机电工程与自动化学院,上海200072

【正文语种】中文

【中图分类】TH16

1引言

目前越来越多的生产领域要求工人和机器人共享工作区协同进行工作。在人机共融

的生产模式下，人和机器人协作完成工作任务，需要知道机器人末端接触力。目前，

关于机器人末端接触力估计的研究已经取得了一些成果。通过添加外部传感器来检

测机器人接触力是比较常用的方法之一。文献[1]在机器人基座和腕部安装力传感

器，基于动力学模型和神经网络算法估计接触力矩，可以精确检测手抓末端的接触

力和关节处的接触力矩。文献[2]利用安装在机械臂上的力和力矩传感器估计机械

臂惯性参数，进而去估计关节力矩。基于机器人自身传感器的接触力估计方法不需

要任何外部传感器，可以直接应用于传统的工业机器人上。文献[3]采用动量偏差

观测器和动力学模型来估计末端接触力，由于没有考虑机器人系统模型误差和摩擦

的影响，估计的接触力误差较大。文献[4]基于改进的最小二乘法算法辨识了模型

参数，表明改进的最小二乘法在参数辨识上的实用性。文献[5]通过给动力学方程

滤波和递推最小二乘法来估计接触力，但是采用的是固定遗忘因子，受系统噪声影

响较大，对