第8期 2017年8月
组合机床与自动化加工技术
ModularMachineTool&AutomaticManufacturingTechnique
文章编号：10012265(2017)08010005
D0I : 10. 13462/j. cnki. mmtamt. 2017. 08. 025
基于电流的力控制技术与安全保护研究
邹风山1,2赵彬,3
No.8 Aug.2017
（1.沈阳新松机器人自动化股份有限公司，沈阳110168；2.中国科学院沈阳自动化研究所，沈阳 110016；3.东北财经大学工商管理学院，辽宁大连116025）
摘要：文章解决了电机电流进行机器人主动柔顺控制的问题，同时对七自由度关节一体机器人进行拖曳式示教实验。首先针对关节一体化机器人进行运动学分析，采用多层前向神经网络解决机器人运动学余轴反解问题，将复杂的非线性优化问题转化为简单的代数方程组求解问题。然后由于机器人特殊的构型及关节耦合复杂，采用牛顿一欧拉动力学建模。将永磁同步电机的转矩模型与机器人动力学模型结合，得到基于电流模型的力检测。最后实现基于电机电流的机器人主动柔顺控制，
并在七自由度关节一体机器人上进行拖史式示教实验，实际运行结果验证了算法的有效性。关键词：电流力控制；神经网络；机器人动力学；拖或示教
中图分类号：TH162；TG506
文献标识码：A
Autonomous MobileRobotMapBuilding,LocalizationandPathPlanning
ZOU Feng-shan',2,ZHAO Bin'.3
(1. SIASUN Robot & Automation Co. , Ltd., Shenyang 110168, China; 2. Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Science, Shenyang 110016, China)
Abstract: Based on the motor current, the active compliant control of the robot is studied, and the drag and-drop teaching experiment is carried out for the 7-DOF joint one-body robot. Firstly, the multi-layer feedforward neural network is used to solve the inverse kinematics problem of the robot kinematics, and the asesoeee kinematic analysis of the joint-integrated robot. Then, due to the special configuration of the robot and the complicated coupling of the joints, the Newton-Euler dynamics model is adopted. The torque model of the permanent magnet synchronous motor is combined with the robot kinetic model to obtain the force detection based on the current model. Finally, the active compliant control of the robot based on the motor current is realized, and the teaching experiment of the robot is carried out. The actual running result verifies the effec-tiveness of the method.
Key words: current force control; neural networks; robot dynamics; drag teaching
0引言
随着机器人技术的兴起，为了能够满足批量化生产和实际工程的需求，独立决策、机器人感知和最优控制等功能越来越受到国内外学者的关注。新一代机器人在提高生产效率的同时，要求具有安全性，能够在发生危险时及时保护机器人自身和外部环境的安全[1]。并且往往具有简单易用的示教功能，只需用人手把持机器人的手腕”，直接拖动机器人进行示教工作，机器人内部控制系统会自动记录示教过程的运动轨迹。对工业机器人力控制的研究主要使用其力矩传感器来实现，通过ATI力矩传感器来获得精确的力矩，再对机
收稿日期：2016-11-03；修回日期：2016-11-22
器人实现力位混合控制。而在这些新兴技术背后是近年来随着机械、控制、传感三方面技术的进步，进发出薪新活力的机器人主动柔顺控制这一经典研究课题。
鉴于此，基于电机电流或转矩传感器的机器人力控制属于关节转矩力控制。它通过直接检测和控制机器人的关节转矩来达到控制机器人各关节动作，最终使机器人末端执行器实现各种功能运动和操作任务的目的。可以说，关节转矩力控制技术的研发对新一代工业机器人、协作机器人简易示教与碰撞保护，医疗康复机器人的主动运动与被动运动，工业机器人的软浮动装配，服务机器人手臂的碰撞保护等领域都具有重要的应用意义。
*基金项目：国家科技重大专项：硅片集成传输系统研发和示范应用(2014ZX02103）：国家高技术研究发展863计划（2012AA041405）；沈阳市工业
科技攻关项目（F12-010-2-00）
作者简介：邹风山（1978一），男，山东泰安人，沈阳新松机器人中央研究院院长，博士，研究方向为机器人控制与应用，（E-mail)zoufengshan123@
万布数据。