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基于动量偏差观测器的机器人碰撞检测算法
  • ISSN号:1007-449X
  • 期刊名称:电机与控制学报
  • 时间:2015.5.15
  • 页码:97-104
  • 分类:TP24[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]福州大学机械工程及自动化学院,福建福州350108
  • 相关基金:国家自然科学基金(51175084)
  • 相关项目:通过粘弹性包覆层形变力反馈主动提高机器人安全性
中文摘要:

针对机器人易与进入其工作空间的人或物体发生碰撞的问题,提出一种基于广义动量偏差观测器的碰撞检测方法来提高机器人的安全性。根据机械手广义动量与外力矩之间具有解耦性的特点,该检测算法设计了动量偏差观测器来间接获取碰撞力,并通过性能调整函数进一步改进观测器动态响应特性,进而判定碰撞是否发生。该碰撞检测算法无需外加传感器,也无需计算或检测加速度信息,可以有效避免加减速过程对碰撞检测的影响,只需检测机器人关节电机的驱动电流及编码器反馈的位置信息,即可实现碰撞实时检测。仿真和实验表明,该算法在实时性方面达到了预期要求,加减速过程对碰撞检测的扰动很小,而且能提供碰撞发生的大致位置和方向信息,对进一步的安全控制具有重要意义。

英文摘要:

In view of the fact that robots are easy to collide with humans or obstacles which go into its workspace, a collision detection algorithm based on generalized momentum deviation was proposed to im-prove the safety of robots. According to the decoupling performance between generalized momentum and external torque of manipulator, a momentum deviation observer was firstly designed to obtain the impact force. Then, a performance regulating function was introduced to improve its dynamic response character-istics. Once impact force was detected, it is possible to judge whether the collision occurred. With this algorithm, collision can be detected in real time, and can effectively avoid the influence of acceleration or deceleration, without any additional external sensors or acceleration of the manipulator, simply by meas-uring the motor current and the position got by encoders of each joint. Simulation and experiment results show that the algorithm has reached the expected requirements in real-time performance. And the dis-turbances caused by accelerating and decelerating of manipulator are also very small. Moreover, it pro-vides an approximate position and direction of the impact force which has important significance for fur-ther security reaction control.

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期刊信息
  • 《电机与控制学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:黑龙江教育厅
  • 主办单位:哈尔滨理工大学
  • 主编:戈宝军
  • 地址:哈尔滨市南岗区学府路52号
  • 邮编:150080
  • 邮箱:djkz-emc@188.com
  • 电话:0451-86396392
  • 国际标准刊号:ISSN:1007-449X
  • 国内统一刊号:ISSN:23-1408/TM
  • 邮发代号:14-46
  • 获奖情况:
  • 中文核心期刊,中国科技论文统计源期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:10904