机械臂是一种模拟人臂的机械装置，是机器人最主要的执行机构。二十世纪五十年代初问世以来，发展至今，已逐渐渗透到军事、航天、医疗、日常生活及教育娱乐等各个领域。机械臂在执行各种任务时，都会与外界环境相互接触，此时为了让机械臂达到最佳的作业效果，必须控制机械臂既能够沿着期望的轨迹运动又能对与外界环境之间接触力的大小进行有效地控制，即要对机械臂同时进行力和位置的控制。机械臂力/位置混合控制算法的研究，对扩大机器人应用领域和增加机器人在工作环境中灵活性，有着重要的意义。本文基于机器人的控制理论，在现有的机械臂力/位置混合控制成果上，对相关控制算法做了进一步的研究，具体内容包括：根据经典的R-C控制器可知，对机械臂末端力与位置的混合期望，可通过机器人动力学与运动学将其转化为机械臂各个关节上的驱动力矩，并叠加到各个关节上，进而实现机械臂的力/位置混合控制。此时，在位置环的控制上，则退化为冗余机械臂的位置控制，因此引入伪逆/梯度投影法，实现力/位置混合控制中的位置环控制。而力控制环，则根据传统的机器人动力学来实现。对机械臂末端与刚性环境碰撞接触过程进行分析，针对冲击震荡过程中所产生一系列的脉冲力，设计冲击振荡抑制控制器以削弱冲击振荡阶段的振动幅值，缩短冲击振荡持续时间，最终达到保护机械臂与环境的目的。分别在Matlab/SimMechanic和ADAMS软件中建立二自由度机械臂仿真模型，并在典型的机械臂工况中，对基于伪逆/梯度投影法的力/位置混合控制器和冲击振荡抑制控制器进行仿真验证，最终验证了机械臂的力/位置混合控制以及冲击震荡过程中脉冲力抑制的有效性与可行性。本文从机械臂模型的建立、力/位置混合控制算法、振荡抑制以及机械臂系统控制的仿真等方面开展研究，所取得的成果对于机械臂的控制理论及应用具有重要的理论和实际意义。
懒洋洋一家
