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研创营业中 | 集萃智造足式机器人取得重要进展

2021-02-03 15:50

研创进展

机器人与环境接触时的动态特性，一直是我们研究的重点课题之一。近期，集萃智造研发团队，在液压足式机器人上采用力位混合控制——改进的阻抗控制方法，进行腿部行走的控制试验，取得了重要进展。

足式机器人行走时，足力对机身平衡起着决定性作用，尤其是当机器人在不规则路面及刚度较小路面行走时，足端支撑力变化会使机器人机身的姿态发生改变，进而影响稳定性；同时当足端的运动存在由自由空间到约束空间的转换时，仅采用位置控制将无法满足腿部对运动柔顺性的要求。因此机器人腿足在着地和支撑期间，需要采用力位混合控制。集萃智造的液压足式机器人采用力位混合控制——改进的阻抗控制方法，进行腿部行走控制，它可以有效的减小触地时外力的冲击，根据力反馈及时调整着地状态，避免冲击减少功率损耗，同时与电机驱动方式相比液压环节能够更好的起到吸收冲击力并利用液压弹簧效果起到柔顺作用，使得主动弹簧的控制效果更加明显。

按照互补的原则，一个导纳控制（根据端部力传感器测量的反力，来改变自己的运动）的机械臂应该适用于阻抗型的外界环境，因为运动方向决定了摩擦阻力。一个阻抗控制（根据自己每个关节实际位移与理论位移的差异，决定自己每个关节的发力）的机械臂应该适用于导纳型的外界环境，比如快速动态搬运比较重的东西。而步行、奔跑机器人的腿，其实相当于立足于地面并操作自己身体的机械臂，所以机器腿应该是阻抗控制的，我们开发了针对液压驱动行走的腿足力位混合控制方法，效果良好。

以上控制算法不仅适用于腿足式行走机器人，同样适用于柔性力感知协作机械臂、机器人灵巧手等，由于本方法合理利用了液压阻尼和液压弹簧的主动控制机理，更适用于大负载的液压机械臂和腿足系统。

模式一

特点：柔顺性良好，力感知灵敏

适用于柔性力感知协作机械臂跟随示教、握手；军用机器人机械手排雷作业的各种场合

模式二

特点：刚度大，具有弹性恢复力

适用于腿足机器人腿部行走减震、吸收冲击，适应各种复杂路面环境，保持稳定性行走，减少能量消耗，提高续航里程

模式三

特点：刚度低，阻尼大，可以随动停止

可将机器人随动摆放各种姿态，固定并记录任意位置

模式四

特点：惯性大，表现大惯量弹簧阻尼效果

适用于模拟机器人跺脚、挥拳、越障等需要大惯量、大负载施加的场景

关于集萃智造

江苏省产业技术研究院智能制造技术研究所，由江苏省产业技术研究院、智能制造核心团队与南京市江北新区共同发起成立。研究所（集萃智造）聚焦江苏省智能制造领域数字化工厂技术(DFT)、智能化装备技术(IET)、可制造执行系统(MES)三大核心与关键技术。面向智能制造与机器人领域，通过制造与信息技术深度融合，探索产学研合作机制，致力于突破智能制造相关领域关键与共性技术，培养高层次人才，开发高新技术，孵化高技术企业。