基于sEMG的机械臂变刚度交互控制技术研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lurenjia1983
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目前传统工业机器人在一定程度上缺乏灵活性、柔顺程度且适应性较弱,在人与机器人的交互技术逐步趋于成熟的过程,未来人们会向便携式、智能化以及交互程度高的特性发展新一代的协作机器人,通过人机交互的方式,使得机器人在工作内容复杂多变、作业环境不尽相同的情况下,高效、稳定的完成任务,是需要解决的难点。本研究考虑利用表面肌电信号(sEMG)对机器人进行变刚度交互控制,使得操作者在遥操作过程中,可以实时感受到机械臂末端与环境的交互力作用,通过改变手臂肌肉绷紧程度,对从端机械臂刚度进行实时调节,实现更好的柔顺遥操作交互任务。首先,基于sEMG的人体手臂刚度识别技术研究,建立手臂肌电信号与实际刚度的映射关系。分析Myo肌电手环检测并收集到操作者手臂在放松、握拳和紧握状态下的肌电信号,通过对离线数据进行波校正、平均滤波、根均方(RMS)操作和归一化等处理,提取出肌电信号特征与实际手臂刚度的映射关系,建立基于sEMG的人体手臂刚度识别系统。设计主端交互控制软件并加入基于任务的末端刚度控制的模块,能根据相应任务类型给机械臂传递不同方向的高、中、低以及实时刚度信号。操作者利用不同的操作指令来完成任务,实现将采集到的手环信号转化为真实刚度信息。其次,提出基于模糊控制的机械臂力反馈变刚度交互控制方法。引入力反馈信号让操作者实时感受机械臂末端与环境的交互力作用,增强任务操作过程的可感知性。采用基于模糊控制的方法,利用重力补偿后的力反馈信号对操作者手臂肌电信号的刚度估计并间接调整并细化刚度映射,解决操作者肌电信号变化较小不能使刚度产生改变的现象,实现遥操作过程的柔顺性控制。最后,通过提升重物与钻孔等典型任务中的多组变刚度交互控制技术实验对比,验证了使用肌电信号能反映人类肌肉灵巧性与应变能力等优点,以及基于模糊控制的机械臂力反馈变刚度交互控制的有效性,能够提高人-机器人的双向感知,实现高性能的人机交互。
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