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范例一：(K=图书馆学 OR K=情报学) AND A=范并思 AND Y=1982-2016
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文献类型

5 篇 学位论文

馆藏范围

5 篇 电子文献
0 种 纸本馆藏

日期分布

学科分类号

5 篇 工学
- 5 篇 机械工程
- 5 篇 仪器科学与技术
- 1 篇 生物医学工程（可授...
- 1 篇 生物工程

主题

5 篇 广义动量观测器
3 篇 碰撞检测
1 篇 动力学模型
1 篇 碰撞响应
1 篇 人机协作
1 篇 动力学辨识
1 篇 激励轨迹
1 篇 动态阈值
1 篇 参数辨识
1 篇 工作空间约束
1 篇 共享自治
1 篇 遥操作
1 篇 物理人机交互
1 篇 滑模控制
1 篇 协作机器人
1 篇 神经网络
1 篇 导纳控制
1 篇 模型辨识
1 篇 二阶观测器
1 篇 动态运动基元

机构

3 篇 华中科技大学
1 篇 广州大学
1 篇 中国矿业大学

作者

1 篇 张岳翔
1 篇 郭吉阳
1 篇 肖航
1 篇 王国栋
1 篇 王宵

语言

5 篇 中文

检索条件"主题词=广义动量观测器"

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详细简洁

排序：

基于观测器的协作机器人碰撞检测方法研究

基于观测器的协作机器人碰撞检测方法研究

引用

作者：肖航广州大学

学位级别：硕士

在人机协作场景中,需要机器人能够在复杂环境中配合人类高效完成工作。为保障人机协作时双方的安全,必须确保机器人能感知并适时作出反应来避免碰撞。依赖传感器的高灵敏度可以提高碰撞检测水平,但这会增加机器人生产与维护的成本,并使... 详细信息

在人机协作场景中,需要机器人能够在复杂环境中配合人类高效完成工作。为保障人机协作时双方的安全,必须确保机器人能感知并适时作出反应来避免碰撞。依赖传感器的高灵敏度可以提高碰撞检测水平,但这会增加机器人生产与维护的成本,并使得机器人的结构变得更为复杂。因此,本文将集中探讨不依赖传感器的机器人碰撞检测方法,研究涵盖机器人动力学模型建立、动力学模型完善和碰撞检测三个方面,具体研究内容如下: (1)协作机器人运动学和动力学建模。使用D-H方法建立机械臂的运动学方程,然后运用拉格朗日法对机器人动力学进行建模并进行了仿真。最后采用带偏置项的库伦与粘性摩擦模型完善机器人动力学模型。 (2)最小参数集的辨识及神经网络摩擦补偿方法。首先,对(1)中建立的动力学模型进行线性化得到最小可辨识参数集,并通过考虑机器人的关节限位和位置参数约束进行优化,以获得满足要求且良好的激励轨迹;然后,将激励轨迹数据发送给机器人,同时采集机器人运动数据,并使用巴特沃斯低通滤波器与零相位数字滤波相结合的方式进行滤波处理,然后应用最小二乘法求解线性回归方程,完成参数辨识;最后,针对机器人关节摩擦力矩的复杂特性和关节运动的耦合关系,建立以六个关节的位置和速度为输入的BP神经网络,并通过训练使网络学习并拟合从关节运动数据到关节摩擦力矩的映射关系,以完成关节摩擦模型的补偿,进一步提高动力学模型的准确性。 (3)对基于广义动量观测器(GMO)和扩张状态观测器(ESO)的碰撞检测算法进行了研究,并分别提出了滑模动量观测器和非线性扩张状态观测器两种观测器算法对GMO和ESO进行改进。首先,推导了基于广义动量观测器和扩张状态观测器的碰撞检测算法。针对传统广义动量观测器算法存在的抗噪性差、对模型依赖程度高等问题,提出了二阶滑模动量观测器算法。对于扩张状态观测器算法收敛速度慢、对模型依赖程度高的问题,提出了非线性扩张状态观测器算法;然后,在理论上证明了这两种算法能够在固定时间内将外力矩观测误差收敛到零,实现快速检测外部碰撞力矩。通过仿真验证了改进算法对外力矩的跟踪精度更高、跟踪速度更快;最后,将外力观测器应用于导纳控制,实现了机器人在位置控制模式下的拖动示教。 (4)在KINOVA GEN3-LITE机器人实验平台上,实验验证机器人的动力学模型、碰撞力估计和基于观测器的拖动示教控制方法。首先,通过线性化模型得到机器人动力学参数,并通过实验对比了库仑粘性摩擦模型的动力学方程与神经网络补偿后的模型的精度,实验结果显示神经网络补偿力矩的方法具有更小的误差;在碰撞力估计实验中,验证了提出的两种观测器方法相较于原有观测器具有更好的抗噪效果和更快的收敛速度;最后,采用神经网络摩擦补偿后的动力学模型,以本文所设计的二阶滑模动量观测器为例,用以获取碰撞外力估计值,进行了机器人单关节拖动示教实验,验证了本文所提算法的可行性。

关键词：参数辨识碰撞检测神经网络广义动量观测器扩张状态观测器

来源：评论

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基于模型辨识的协作机器人碰撞检测技术研究

基于模型辨识的协作机器人碰撞检测技术研究

引用

作者：王国栋华中科技大学

学位级别：硕士

协作机器人能够在生产过程实现人机共融,将机器人的快速作业与人类的灵巧协调有机结合,显著提高生产效率。但在人机协作过程中,如何感知机器人与人或外部环境的碰撞,实现人机安全共存成为了机器人应用领域亟待解决的问题。为此,本文结... 详细信息

协作机器人能够在生产过程实现人机共融,将机器人的快速作业与人类的灵巧协调有机结合,显著提高生产效率。但在人机协作过程中,如何感知机器人与人或外部环境的碰撞,实现人机安全共存成为了机器人应用领域亟待解决的问题。为此,本文结合工程需求,提出了一种基于模型辨识的协作机器人碰撞检测技术。根据机器人碰撞检测的功能需求,提出了以模型辨识为基础的碰撞检测总体方案。分析模型辨识过程中的影响因素,研究了高辨识效率的改进激励轨迹和混合遗传算法。将广义动量观测器与带通滤波器结合,实现了机器人的碰撞检测与分类。通过牛顿-欧拉法对协作机器人进行动力学建模,完成最小惯性参数集的提取。针对普通运动轨迹动态特性不显著、不满足约束条件等问题,采用改进傅里叶级数激励轨迹进行改善。基于采样数据,使用递推最小二乘法完成参数的在线辨识,并对惯性、质量等参数进行物理可行性约束优化。基于采样电流提取关节摩擦力矩,采用Stribeck模型对协作机器人的非线性摩擦特性进行拟合,进而使用遗传算法辨识摩擦参数。针对辨识过程遗传算法局部搜索效率低的不足,引入含阻尼项的高斯-牛顿迭代算法进行改进,加快了摩擦参数辨识算法的求解速度。设计了广义动量观测器监测外部碰撞力矩,并通过动态阈值完成碰撞检测。针对固定阈值检测方法存在的漏报、误报问题,使用动态阈值方法实时跟踪观测器模型的扰动误差,提升了碰撞检测的可靠性。结合力矩的频率信息,设计带通滤波器对人机接触类型进行区分,完成了碰撞类型识别。搭建了人机协作平台,对协作机器人的整体模型进行参数辨识与精度验证,完成了广义动量观测器的输出观测、碰撞检测、类型识别等实验。实验结果表明,摩擦模型和基础动力学模型的拟合误差分别降低了19%和30%左右;广义动量观测器的动态阈值方法检测灵敏度提升60%以上,验证了所提碰撞检测方法的优良性能。

关键词：协作机器人模型辨识激励轨迹碰撞检测广义动量观测器动态阈值

来源：评论

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基于无传感力估计与动态运动基元的人机共享自治技术研究

基于无传感力估计与动态运动基元的人机共享自治技术研究

引用

作者：郭吉阳华中科技大学

学位级别：硕士

医疗手术机器人凭借精度高、灵活性强、医生操作不易疲劳且能去除手部抖动等优势,成为机器人领域的新兴研究热点。由于手术环境的复杂多变,目前的人工智能技术尚不足以支撑机器人实现完全自主的操作,而机器人离线编程技术又增加了风险... 详细信息

医疗手术机器人凭借精度高、灵活性强、医生操作不易疲劳且能去除手部抖动等优势,成为机器人领域的新兴研究热点。由于手术环境的复杂多变,目前的人工智能技术尚不足以支撑机器人实现完全自主的操作,而机器人离线编程技术又增加了风险并丧失了其灵活性。因此,人机交互中的共享自治——结合人类决策意图与机器人自主规划的控制策略,在医疗手术机器人中存在巨大应用前景。但是,人机共享自治目前也仍存在一些问题:如在手术环境中,人类无法直接介入;力/触觉传感器部署困难且造价昂贵难以实现人机交互中人类意图的感知;传统的机器人规划方法无法兼顾多变的环境和复杂的任务;同时,如何将人类意图与机器人自主的决策规划相融合也是该技术的一大难点。针对以上问题,本文面向医疗场景中的主从遥操作机器人开展了基于无传感力估计和动态运动基元的人机共享自治技术研究。首先,搭建遥操作共享自治系统软硬件平台,并对机器人运动学、动力学展开分析,为后续研究打下基础;其次,针对人类意图的在线感知问题开展了基于广义动量观测器的机器人无传感力估计研究;然后,针对机器人自身运动技能表征建立基于示教学习的动态运动基元规划模型,并通过概率方法进行工作空间建模并约束机器人的运动轨迹;最后,针对共享自治的控制架构和策略仲裁问题,提出一种基于轨迹识别和置信度的仲裁策略,将人类意图与机器人自主规划通过导纳控制框架进行融合。本文的主要研究内容具体如下:1、遥操作系统构建与机器人建模。构建主从式遥操作机器人平台,通过软件设计打通Windows和Linux开发环境的隔阂,从而建立了一整套共享自治遥操作系统;然后给出了主从端机器人的运动学及动力学建模方法,为后续章节理论研究的开展提供基础。2、基于广义动量观测器的无传感力估计。通过数值方法对动力学模型线性化,内点法优化傅里叶级数激励轨迹,用最小二乘法对机器人的动力学模型进行辨识。然后根据已辨识的动力学模型,建立了广义动量观测器,实现了人机交互过程中无传感在线人类意图外力估计。实验证明,相对于直接动力学计算,基于广义动量观测器的方法提升了5.9%～39.5%的估计精度。3、动态运动基元与工作空间约束建模。建立了基于动态运动基元的示教学习运动规划方法,采用局部加权回归学习动态运动基元的权重,并对该模型的特性进行说明;提出了基于高斯混合模型的机器人工作空间概率密度描述方法,结合势场函数和概率梯度对运动规划模型进行在线约束,最后随机采样试表明,0.05的概率密度阈值即可实现工作空间100%成功率的约束,并通过机器人实验验证了其有效性。4、基于多运动技能先验的人机共享自治遥操作。提出了包含遗忘因子的DTW最大熵运动技能分类方法,建立了人类和机器人的置信度度量体系;提出了运动基元和人类输入融合的控制框架,设计仲裁函数分配自治权值,实现共享自治遥操作。实验表明,所提方法相比于导纳控制,提升约28.2%的复现精度,降低约31.9%的人类功耗,提高18.4%的执行效率;与离线轨迹生成相比,增加了人类遥操作的灵活性。

关键词：共享自治遥操作动力学辨识广义动量观测器动态运动基元工作空间约束

来源：评论

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协作机械臂碰撞检测与安全控制

协作机械臂碰撞检测与安全控制

引用

作者：王宵中国矿业大学

学位级别：硕士

协作机械臂能与人协同完成复杂程度高的工作,可以有效提高工作效率,因此被广泛应用于各个领域中。为了在人机协作过程中充分保证安全,机械臂需要具备感知和响应碰撞的能力,但现有方法大多依靠外部传感器检测碰撞且在响应碰撞后需要手动... 详细信息

协作机械臂能与人协同完成复杂程度高的工作,可以有效提高工作效率,因此被广泛应用于各个领域中。为了在人机协作过程中充分保证安全,机械臂需要具备感知和响应碰撞的能力,但现有方法大多依靠外部传感器检测碰撞且在响应碰撞后需要手动复位,这不利于降低机械臂成本和提高工作效率。因此,本文重点研究无外部传感器情况下的人机安全交互,主要从协作机械臂模型建立、碰撞检测和安全控制这三个方面进行研究,具体研究内容如下:1.协作机械臂运动学和动力学建模。首先,为了避免对机械臂复杂结构的考虑,依据D-H法建立机械臂的运动学方程;其次,采用解析法求解逆运动学方程,并依据关节转动量最小原则选取最优逆解;然后,结合旋量理论和牛顿-欧拉法推导动力学方程;最后,通过仿真验证运动力与动力学模型的准确性。2.基于滑模广义动量观测器的协作机械臂碰撞检测算法。首先,给出一阶广义动量观测器的设计过程,分析增益矩阵对观测器性能的影响;其次,设计一种基于滑模广义动量的外力矩观测器,并证明观测器可以在固定时间内将观测误差收敛至零;然后,通过仿真对比两观测器,验证本文所提算法的观测性能更优;最后,设计一个对模型不确定性和噪声干扰具有较高鲁棒性的碰撞检测阈值来判断碰撞是否发生。3.基于自适应导纳和滑模控制器的协作机械臂安全控制算法。首先,给出安全控制算法内/外环控制框架的介绍;其次,提出一种基于干扰观测的滑模控制算法用于内环轨迹跟踪,并对控制器的稳态误差界进行分析;然后,提出一种自适应导纳控制算法用于外环轨迹更新,通过设计自适应律调整导纳控制参数,来提高机械臂碰撞响应和恢复的能力;最后,通过仿真验证所提方法的有效性。4.面向二轴协作机械臂的实验研究。首先,给出二轴协作机械臂实验平台软硬件组成和实验步骤的介绍。然后,验证滑模广义动量观测器对有意接触和意外碰撞的检测性能;最后,验证基于自适应导纳和滑模控制器的内/外环安全控制算法在碰撞响应方面的安全性和高效性。

关键词：人机协作广义动量观测器滑模控制导纳控制

来源：评论

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协作机器人无力传感器的碰撞检测及响应策略研究

协作机器人无力传感器的碰撞检测及响应策略研究

引用

作者：张岳翔华中科技大学

学位级别：硕士

为了实现非结构环境下的安全物理人机交互,协作机器人必须具备碰撞检测和响应功能,实时监测外力,并且能够在外力过大时及时响应,确保人机安全。采用力传感器可以直接检测外力变化,然而传感器的引入将增加机器人本体结构的复杂性,提高生... 详细信息

为了实现非结构环境下的安全物理人机交互,协作机器人必须具备碰撞检测和响应功能,实时监测外力,并且能够在外力过大时及时响应,确保人机安全。采用力传感器可以直接检测外力变化,然而传感器的引入将增加机器人本体结构的复杂性,提高生产成本。基于动力学模型和动量偏差,本文构造了广义动量观测器,以电机驱动力矩,关节位置、速度为输入,输出关节外力矩监测值,计算简单,检测直观,且无需外部传感器。由于广义动量观测器本质上为低通滤波器模型,具备高频衰减特性且存在检测延时,本文提出了采用二阶模型的改进算法,例如二阶阻尼模型、带通滤波器模型,用以改善观测器检测性能。检测到碰撞后,切换机器人控制模式至力矩模式,补偿重力矩,使得机器人处于零力状态,可实现机器人顺应外力作用安全撤离;在此基础上额外补偿正比于观测器输出值的力矩,可进一步降低机器人惯性。然而,上述方法存在模式切换延时,且撤离距离不可控。针对此问题,本文设计了位置模式下的碰撞响应策略,通过将外力矩监测值映射为关节速度增量,计算撤离点位,下发给控制器,控制机器人运行,以实现机器人的安全撤离。本文以六关节协作机器人为对象,搭建实验平台,验证了广义动量观测器及其改进算法的有效性,并比较了不同算法的检测效果,验证了所提出的基于位置模式的响应策略的可行性。

关键词：物理人机交互碰撞检测碰撞响应动力学模型广义动量观测器二阶观测器

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