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基于外力矩观测器的机器人碰撞检测
被引量：
1
1
作者
张铁
陈亿杰
邹焱飚
《华南理工大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期84-92,共9页
碰撞检测技术可以降低设备损坏和人身伤害的几率,在现代化的人机协作生产中起着重要的作用。实现免外力矩传感器的碰撞检测需要准确地估计工业机器人受到碰撞时的关节外力矩。然而,动力学模型的参数辨识误差以及电机电流的测量误差等因...
碰撞检测技术可以降低设备损坏和人身伤害的几率,在现代化的人机协作生产中起着重要的作用。实现免外力矩传感器的碰撞检测需要准确地估计工业机器人受到碰撞时的关节外力矩。然而,动力学模型的参数辨识误差以及电机电流的测量误差等因素会影响外力矩估计的准确性。为了解决这些问题,本文设计了一种扰动卡尔曼滤波外力矩观测器。该观测器基于扰动原理将外部碰撞等效的外力矩作为扰动项,并定义关节扰动模型。同时,引入机器人的广义动量构建状态空间方程。考虑到动力学模型的参数辨识以及电机电流的测量存在误差,基于卡尔曼滤波算法进行迭代估计,从而得到最优的外力矩观测值。为了提高碰撞检测的灵敏度,本文提出了一种随关节速度变化的时变对称阈值函数,用于实现碰撞检测。该方法可以根据关节速度的变化调整阈值,以适应不同工作速度下的外力矩观测值。实验结果表明,与广义动量观测器相比,所提出的观测器在外力矩估计的整体精度上提高了52.03%。为了验证所提方法的有效性,本文利用6自由度串联关节型工业机器人进行了碰撞检测实验。实验结果显示,相比于静态阈值,采用时变阈值的方法缩短了58.06%的检测延时,从而可以提高碰撞检测的灵敏度,更有利于工业机器人的安全操作和碰撞防护。
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关键词
工业机器人
碰撞检测
外力矩观测器
时变阈值
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职称材料
一种轻型模块化协作机器人碰撞检测算法
被引量：
7
2
作者
肖聚亮
田志伟
+4 位作者
洪鹰
王国栋
张智涛
刘宏业
段文斌
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CSCD
北大核心
2017年第11期1140-1147,共8页
为了实现人与协作机器人的安全协作,提出了一种不增加额外传感器和改变控制系统复杂性的碰撞检测算法.基于动力学模型和动量偏差构造了一个2阶外力矩观测器以实现对关节外力矩实际值的观测,并对观测值进行滤波处理,减小系统采样噪声对...
为了实现人与协作机器人的安全协作,提出了一种不增加额外传感器和改变控制系统复杂性的碰撞检测算法.基于动力学模型和动量偏差构造了一个2阶外力矩观测器以实现对关节外力矩实际值的观测,并对观测值进行滤波处理,减小系统采样噪声对观测值的影响.考虑到关节外力矩包含外部碰撞力等效作用在关节上的力矩和谐波减速器产生的关节摩擦力矩,采用Stribeck摩擦模型对观测值中的关节摩擦力矩部分进行辨识,使观测值只受外部碰撞力影响.最后,基于一类轻型模块化协作机器人对该算法进行了仿真与实验,结果表明:观测值能够实时跟随外力矩变化,机器人正常运行时其保持在预设的阈值范围内,发生碰撞时发生突变超出阈值,从而验证了该算法的正确性.
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关键词
协作机器人
碰撞检测
外力矩观测器
动量偏差
摩擦辨识
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职称材料
题名
基于外力矩观测器的机器人碰撞检测
被引量：
1
1
作者
张铁
陈亿杰
邹焱飚
机构
华南理工大学机械与汽车工程学院
出处
《华南理工大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024年第3期84-92,共9页
基金
广东省科技计划项目(2021B0101420003)。
文摘
碰撞检测技术可以降低设备损坏和人身伤害的几率,在现代化的人机协作生产中起着重要的作用。实现免外力矩传感器的碰撞检测需要准确地估计工业机器人受到碰撞时的关节外力矩。然而,动力学模型的参数辨识误差以及电机电流的测量误差等因素会影响外力矩估计的准确性。为了解决这些问题,本文设计了一种扰动卡尔曼滤波外力矩观测器。该观测器基于扰动原理将外部碰撞等效的外力矩作为扰动项,并定义关节扰动模型。同时,引入机器人的广义动量构建状态空间方程。考虑到动力学模型的参数辨识以及电机电流的测量存在误差,基于卡尔曼滤波算法进行迭代估计,从而得到最优的外力矩观测值。为了提高碰撞检测的灵敏度,本文提出了一种随关节速度变化的时变对称阈值函数,用于实现碰撞检测。该方法可以根据关节速度的变化调整阈值,以适应不同工作速度下的外力矩观测值。实验结果表明,与广义动量观测器相比,所提出的观测器在外力矩估计的整体精度上提高了52.03%。为了验证所提方法的有效性,本文利用6自由度串联关节型工业机器人进行了碰撞检测实验。实验结果显示,相比于静态阈值,采用时变阈值的方法缩短了58.06%的检测延时,从而可以提高碰撞检测的灵敏度,更有利于工业机器人的安全操作和碰撞防护。
关键词
工业机器人
碰撞检测
外力矩观测器
时变阈值
Keywords
industrial robot
collision detection
external torque observer
time-varying threshold
分类号
TP242.2 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
一种轻型模块化协作机器人碰撞检测算法
被引量：
7
2
作者
肖聚亮
田志伟
洪鹰
王国栋
张智涛
刘宏业
段文斌
机构
天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室
天津扬天科技有限公司
出处
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CSCD
北大核心
2017年第11期1140-1147,共8页
基金
天津市智能制造重大专项项目(16ZXZNGX00140)~~
文摘
为了实现人与协作机器人的安全协作,提出了一种不增加额外传感器和改变控制系统复杂性的碰撞检测算法.基于动力学模型和动量偏差构造了一个2阶外力矩观测器以实现对关节外力矩实际值的观测,并对观测值进行滤波处理,减小系统采样噪声对观测值的影响.考虑到关节外力矩包含外部碰撞力等效作用在关节上的力矩和谐波减速器产生的关节摩擦力矩,采用Stribeck摩擦模型对观测值中的关节摩擦力矩部分进行辨识,使观测值只受外部碰撞力影响.最后,基于一类轻型模块化协作机器人对该算法进行了仿真与实验,结果表明:观测值能够实时跟随外力矩变化,机器人正常运行时其保持在预设的阈值范围内,发生碰撞时发生突变超出阈值,从而验证了该算法的正确性.
关键词
协作机器人
碰撞检测
外力矩观测器
动量偏差
摩擦辨识
Keywords
cooperative robot
collision detection
external torque observer
momentum deviation
friction identification
分类号
TP242.2 [自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于外力矩观测器的机器人碰撞检测
张铁
陈亿杰
邹焱飚
《华南理工大学学报（自然科学版）》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2024
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
一种轻型模块化协作机器人碰撞检测算法
肖聚亮
田志伟
洪鹰
王国栋
张智涛
刘宏业
段文斌
《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》
EI
CSCD
北大核心
2017
7
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职称材料
已选择
0
条
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引用分析
参考文献
引证文献
统计分析
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