基于一种碰撞检测算法的液压机械臂柔顺性分析

刘纯键，高红星，蒋 林,3，周 玲，赵 慧,3

(1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室，湖北 武汉，430081；2. 武汉船用电力推进装置研究所，湖北 武汉，430064；3.武汉科技大学机器人与智能系统研究院，湖北 武汉，430081)

随着液压技术的发展，液压机械臂类机器人在工业生产中的应用日趋广泛，但仍存在人机物理接触安全性较差、在意外碰撞瞬间不能及时对碰撞进行处理等缺陷，而人机物理接触安全是该类机器人能被进一步推广应用的必要条件[1-3]，因此，设计研发具有一定柔顺性的液压机械臂类机器人已成为相关领域当下的热点课题。

目前，机器人柔顺性研究主要集中在柔顺控制方面，而柔顺控制又分为主动柔顺控制和被动柔顺控制，其中被动柔顺控制是借助弹性元件或智能材料，使机器人在与外部环境接触时产生自然的顺从[4]。黄婷[5]提出了一种基于被动柔顺装置的机器人抛磨系统力/位混合控制策略，用于实现对工具末端力控制和位置控制的解耦。Mason[6]定义了空间机械臂末端力与位置的函数关系，通过建立机械臂在不同刚度条件下应对约束的相应矩阵来体现机械臂的柔顺性。蔡世波等[7]认为变刚度是实现机器人关节柔顺性控制的关键，即关节的刚度特性决定了机器人的柔顺性。然而，常用的以既定的力或位置控制精度来体现机器人柔顺控制策略好坏的方法无法评价机器人本身的柔顺性，对于变刚度机器人，虽能根据其刚度值来评价其柔顺性，但由于变刚度本身具有时变非线性，导致相关的数学模型建模困难且不够准确。……