为了提高主从异构型遥操作系统的安全性,提出了一种混合控制方法。首先,对机器人与力反馈设备间的运动学映射方法进行研究以实现主从异构型机器人的运动控制。其次,为了提高机器人与环境交互的安全性和稳定性,采用导纳控制实现对机器人末端接触力的控制。同时,采用角色分配的方法在线调整运动映射和导纳控制的角色因子,实现两种控制方式的融合。实验结果表明,与采用力反馈的位置控制相比,该方法在操作效率和安全性上具有更高的性能。

为实现协作机器人在不同刚度环境下的柔顺性控制,提出一种基于递归最小二乘法的协作机器人柔顺性控制方法。通过采用递归最小二乘法求解协作机器人动力学参数,设计了一种基于加权方式的阻抗/导纳混合控制系统,并在不同刚度环境条件下进行实验。结果表明,当加权比为0.8时,所设计的控制系统可取得良好的协作机器人柔顺性控制效果,在较低刚度环境下,具有较小的响应误差;在较高刚度环境下,可快速达到稳态,具有较强的阻抗效应和鲁棒性,最大振荡误差1.5 rad,满足协作机器人柔顺控制实际应用误差的需求。相较于单一阻抗控制或单一导纳控制,该方法在不同刚度环境下具有一定的优越性。

柔顺控制是共融机器人研究的重点。针对级联式气动肌肉肘关节动力学模型,建立了以滑模位置控制为内环、触力导纳控制为外环的控制结构;设计了带干扰观测器的滑模控制器(SMCDO),证明SMCDO算法的收敛性;将环境等效为弹簧模型,设计了外环导纳控制器,并给出控制律。搭建实物测试平台,分别开展阈值力、力安全阈值测试以及碰撞测试,并分析了刚度系数对修正轨迹和接触力的影响。实验结果表明:关节柔顺性与刚度系数相关;SMCDO内环导纳控制精度优于无干扰观测器的滑模控制器内环导纳控制;所设计的控制算法稳定且有效。