呂曉靜 程秀全 高軼群

【摘 要】針對航空結(jié)構(gòu)件的高性能快速檢測，模擬人類自由移動空間中物體的情況，本文提出了一種新穎的針對航空結(jié)構(gòu)件檢測機(jī)器人的示教方法。通過對力測量的濾波、軌跡后處理以及算法實時性優(yōu)化方法設(shè)計，實現(xiàn)在檢測過程中保護(hù)機(jī)器人本身與所檢工件不被破壞的前提下，保證各種外形和各種表面工件檢測靈敏度均滿足要求，為該方向的研究發(fā)展提供一種新思路。

【關(guān)鍵詞】示教;檢測機(jī)器人;控制

中圖分類號： TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）08-0116-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.08.049

【Abstract】Aiming at rapid detection of aeronautical structural components with high performance，In this paper，a novel teaching method for aeronautical structural parts detection robot is presented with the method of simulating objects in free moving space.Through the design of force measurement filtering，post-processing of trajectory and real-time optimization of algorithm，the detection sensitivity of various shapes and surface components can meet the requirements under the premise that the robot itself and the components are not destroyed in the detection process，which provides a new idea for the research and development of this direction.

【Key words】Drag-and-teach control;Testing robots;Control

0 引言

拖動示教是一種通過直接拖曳機(jī)器人對其進(jìn)行編程的新型示教方法[1]，拖動示教既不要求示教者熟悉復(fù)雜的機(jī)器人學(xué)，也不需要具備機(jī)械臂編程能力，同時具有無需先驗知識、直觀、人機(jī)交互友好、操作方便等優(yōu)點，成為了機(jī)器人示教技術(shù)研究的重要方向。隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，采用機(jī)器人對結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行自動化檢測的需求越來越明顯，各種檢測機(jī)器人成為研究重點[2]。檢測機(jī)器人需面對復(fù)雜的多變工件檢測任務(wù)，這就使得無法通過傳統(tǒng)訓(xùn)練方法對檢測任務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一示教。為提高檢測機(jī)器人靈活性、可靠性與安全性，提出了一種基于新穎的檢測機(jī)器人拖動示教控制方法，在檢測過程中保護(hù)機(jī)器人本身與所檢工件不被破壞的前提下，保證各種外形和各種表面工件檢測靈敏度均滿足要求，為該方向的研究發(fā)展提供一種新思路。

1 拖動示教控制系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體方案設(shè)計

從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)，可在傳統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人平臺上加裝檢測設(shè)備，使之成為具有檢測功能的專用檢測設(shè)備。由于工業(yè)機(jī)器人的控制一般基于運(yùn)動控制，因此拖動示教的核心就是采集人類的操作要領(lǐng)，并將之轉(zhuǎn)化為機(jī)器人相應(yīng)的運(yùn)動指令。

對示教者來說，被控對象是一個復(fù)雜未知的多閉環(huán)系統(tǒng)，為了達(dá)到避免訓(xùn)練的目的，所設(shè)計的拖動示教控制策略需要在保證機(jī)器人對操作力快速響應(yīng)的同時，將整個機(jī)器人系統(tǒng)近似模擬為實際生活中常見的操作對象。示教者對常見對象操作熟練，可以有效提高示教效率。

考慮人類在空間中移動這一不受其他剛性物體約束的情況，若該剛性物體的質(zhì)量、尺寸選取適當(dāng)，人類可以自由移動該物體，且能夠保證操作精度。受此啟發(fā)，提出一種新穎的拖動示教控制策略，使示教者拖動機(jī)器人末端的過程模擬人類移動自由物體的情況，提高檢測效率的目的。由此設(shè)計的檢測機(jī)器人拖動示教控制方案如圖1所示。

1.2 基于力檢測的濾波算法

2 結(jié)論

為提高檢測機(jī)器人靈活性、可靠性與安全性，提出了一種新穎的檢測機(jī)器人示教控制方法。為了使機(jī)器人的動態(tài)響應(yīng)符合人類的操作習(xí)慣，創(chuàng)新性地模擬人類拖動空間自由五載，基于阻抗控制原理，結(jié)合運(yùn)動學(xué)約束設(shè)計外環(huán)的軌跡規(guī)劃算法，使機(jī)器人在拖動示教過程中模擬自由負(fù)載的動態(tài)響應(yīng)。采用卡爾曼濾波方法以抑制操作力采樣信號中高頻噪聲對系統(tǒng)柔順性的影響。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孔民秀，趙寧.機(jī)器人示教臂系統(tǒng)的示教實現(xiàn)[J].機(jī)械與電子，2015（10）：76-80.

[2]飛機(jī)蒙皮檢測機(jī)器人的吸附系統(tǒng)設(shè)計與研究[D].南京航空航天大學(xué)，2013.

[3]孫楓，唐李軍.Cubature卡爾曼濾波與Unscented卡爾曼濾波估計精度比較[J].控制與決策， 2013，28（2）：303-308.

[4]Hogan N.Impedance Control：An Approach to Manipulation： Part I—Theory[J].Trans the Asme Journal of Dynamic Systems Measurement & Control，1985，107（1）：304-313.

[5]孫楓，唐李軍.Cubature卡爾曼濾波與Unscented卡爾曼濾波估計精度比較[J].控制與決策，2013，28（2）：303-308.