柔性救援机器人的开发和混合力/位置控制

Development and hybrid force/position control of a compliant rescue manipulator

摘要: 灾难发生后，在废墟中执行搜救任务需要具有细长和柔韧结构的救援机器人，以适应废墟下的复杂结构。本文介绍了一种具有细长和灵活体型的新型腱鞘驱动的柔性救援机器人的结构设计和系统组成。本文提出的机器人可以钻入救援人员和传统的刚性机器人无法进入的狭窄空间或有毒环境。本文分析讨论了带有集成定位和施力监视能力的柔性夹持器的自传感校准、动态建模和混合力/位置控制轨迹。为了在运行过程中调节夹持器的位移和夹紧力，本文提出了一种基于级联比例—积分—微分（PID）控制器和模糊滑模控制器（FSMC）的混合力/位置控制策略。建立了主要由伺服电机、腱鞘传动部件、柔性夹持器和实时控制系统组成的实验装置，用于校准应变式传感器并识别动态模型参数。开展了涉及力跟踪实验、位置跟踪实验和目标抓取实验的进一步实验研究。实验结果证明了所开发的自传感方法和控制策略在救援行动中的有效性。