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基于阻抗控制的机器人旋拧阀门轴向位置自适应跟踪
基于阻抗控制的机器人旋拧阀门轴向位置自适应跟踪
摘要
随着自动化技术的发展，机器人在工业生产中的应用越来越广泛。其中，机器人在阀门旋拧任务中的应用，对于提高生产效率和减少人力成本具有重要意义。本文针对机器人在阀门旋拧任务中的轴向位置自适应跟踪问题展开研究，提出基于阻抗控制的解决方案。通过模型建立和控制策略设计，实现了机器人对阀门轴向位置的自适应跟踪。实验证明，所设计的控制系统能够有效地实现阀门旋拧任务中轴向位置的精确控制。
1.引言
阀门旋拧任务是工业生产中常见的一项操作，涉及到对阀门进行轴向位置控制。传统的阀门旋拧任务多由人工操作完成，但存在操作误差和劳动强度大的问题。机器人在阀门旋拧任务中具有潜力成为替代人工操作的理想工具。
2.研究现状
目前，针对机器人阀门旋拧任务中轴向位置控制的研究主要集中在两个方面：力控制和位置控制。力控制方法通过测量机器人与阀门之间的接触力，实现对轴向位置的控制。位置控制方法则通过测量机器人末端执行器的位置，实现对轴向位置的控制。然而，上述方法在实际应用中都存在一定的限制，如难以达到精确控制、对机器人系统的可调节性要求高等。
3.方法介绍
基于阻抗控制的解决方案是一种综合了力控制和位置控制的方法，能够实现对阀门轴向位置的自适应跟踪。该方法通过建立机器人-阀门系统的动力学模型，设计了相应的控制策略。
首先，建立机器人-阀门系统的动力学模型。考虑到阀门旋转过程中机器人与阀门之间的物理交互，采用了刚体动力学和接触模型。通过建立运动学和动力学方程，得到机器人末端执行器的力和位置关系。
其次，设计阻抗控制器。阻抗控制器根据机器人-阀门系统的动力学模型，实时计算控制力的大小和方向。控制力由机器人执行器施加于阀门上，通过与阀门的接触力进行反馈控制，实现对阀门轴向位置的自适应跟踪。
最后，进行系统实验验证。通过在实验平台上搭建机器人-阀门系统，进行阀门旋拧任务的模拟实验。实验结果表明，所设计的基于阻抗控制的系统能够有效地实现阀门轴向位置的自适应跟踪。
4.结果和讨论
通过实验证明，本文所设计的基于阻抗控制的机器人系统在阀门旋拧任务中表现出了较高的控制精度和稳定性。系统能够自适应地跟踪阀门轴向位置，同时保持较好的控制力。实验结果表明，所设计的基于阻抗控制的机器人系统具有一定的工程应用价值。
5.结论
本文针对机器人在阀门旋拧任务中的轴向位置自适应跟踪问题，提出了一种基于阻抗控制的解决方案。通过建立机器人-阀门系统的动力学模型和设计阻抗控制器，实现了机器人对阀门轴向位置的自适应跟踪。实验结果表明，所设计的控制系统能够有效地实现阀门旋拧任务中轴向位置的精确控制。基于阻抗控制的机器人旋拧阀门轴向位置自适应跟踪的研究在工业生产中具有重要的应用价值，可以提高生产效率和减少人力成本。
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