力位置混合控制机器人工作任务描述中的几个问题0铝模

力-位置混合控制机器人工作任务描述中的几个问题

力-位置混合控制机器人工作任务描述中的几个问题 2011年12月09日 来源： 1　力/力矩屏蔽问题　　力-位置混合控制机器人工作任务描述方法通常规定，如果柔性运动坐标系某一方向将有力或力矩产生，则这一方向确定为力控，否则该方向将被确定为位控。我们在用机器人装配陀螺仪时发现情况并非完全如此。　　图1　力分析简图陀螺仪位于轴孔倒角上时的力分析简图见图1。从图1中可以看出机器人这时可检测到Fmz、Mmx及Mmy的存在。　　由于和倒角相接触，由力分析可知机器人此时肯定会检测到Fmz的存在。但由于柔性运动坐标系OMRXMRYMRZMR的x轴及y轴方向均采用力控方式以使机器人能矫正陀螺仪的位置误差，因此只要力-位置混合控制系统工作正常，陀螺仪将沿轴孔倒角缓慢下滑，从而使沿z轴方向检测到的力Fmz不会很大。　　此外，由图1很容易看出机器人在倒角阶段检测到的力矩Mmx及Mmy并不是由陀螺仪角度误差引起的。另外从图2可知如果让机器人根据检测到的力矩Mmx和Mmy矫正陀螺图2　力矩与矫正仪的姿态，陀螺仪的角度误差有可能越来越大。因此，在倒角阶段我们最好让陀螺仪沿倒角平动下滑，即尽管在倒角阶段存在Mmx和Mmy，机器人绕x及y轴两个方向仍然采用位控方式，其控制参数为E=［0 0 - - -］TP=［- - 0 0 0 0］T(1)式中，E为力控参量；P为位控参量。　　实际上，力-位置混合控制机器人把某些方向确定为力控的目的是为了避免在这些方向出现过大的力或力矩，从而保证机器人及工作对象不受损害。在描述力-位置混合控制机器人工作任务时，操作人员必须进行受力分析并研究机器人与操作对象间相互作用力产生的原因，然后根据任务需要灵活地确定某些特殊方向的控制性质。2　伪完成态问题　　力-位置混合控制机器人的控制参数通常是根据任务要求的，机器人与工作对象间的接触状态经过分析得到的。在这些参数控制下，机器人一般可以完成给定的工作任务。但在某些情况下，机器人却不能达到工作要求。下面以面-面接触为例说明这一问题。　　为实现面-面接触，一般给出如下控制参量E=［- - fz 0 0］TP=［x y - - - rz］T (2)式中，fz为机器人与工作对象间的压紧力；x、y、rz为面-面接触时机器人相对于工作对象的位姿要求。　　如果分析机器人与工作对象的接触过程，会发现存在4种典型状态：①机器人力传感器检测中心OMR位于两个平面相互作用力线左侧(见图3a)；②OMR恰好位于作用力线上(见图3b)；③OMR位于作用力线右侧(见图3c)；④两平面间实现面-面接触(见图3d)。　　图3　面-面接触过程　图4　附加条件从状态①到状态②，机器人力传感器检测到的2个力矩Mmx、Mmy其绝对值是逐渐减小的；在状态②Mmx、Mmy的绝对值为零。从状态②到状态③，Mmx、Mmy的绝对值逐渐变大。到了状态④，Mmx、Mmy的绝对值又变成零。　　很显然，如果操作人员仅给出式（2）作为控制参数，机器人实现的往往是状态②而非面-面接触状态④。为了让机器人实现面-面接触，必须在描述工作任务时给出其它一些控制参量。　　由图4知，如果机器人以式（2）为控制参量并且满足Fmx=Fmy=0，机器人才能实现面-面接触。　　此例表明，在描述力-位置混合控制机器人的工作任务时，除了要分析任务要求的机器人与工作对象间的接触状态并给出力、位置控制参量外，还要深入分析整个任务执行过程，以避免出现伪完成态等问题。3　任务描述的完整性问题　　任务描述的目的是得到机器人完成给定工作任务所需的一切参数。通常情况下力-位置混合控制机器人的典型工作过程包括如下运动：　　(1)快速到位运动　机器人快速运动到工作位置。　　(2)低速接近运动　机器人以相当小的速度靠近并接触到工作对象。　　(3)柔性依从运动　机器人在工作对象约束下完成的接触运动。　　(4)快速离位运动　机器人完成工作任务后以较高速度离开工作对象，然

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