果蔬采摘机器人末端执行器的柔顺抓取力控制

为了尽可能减小采摘机器人末端执行器在采摘过程中对果蔬的损伤，提出了一种基于广义比例积分（GPI,generalizedproportionalintegral）的抓取力矩控制方法。首先，对由电机驱动的末端执行器建立模型，推导出电机输入电压与负载力矩之间的数学关系；然后，利用积分重构器设计GPI力矩反馈控制器，将力偏差转化为电机的输入电压控制。该方法不需要对力矩跟踪误差进行求导计算，避免了求导所带来的系统延时和噪声问题。仿真和实物抓取试验结果表明，采用GPI的末端执行器力矩控制对跟定信号的跟踪误差达到10-3量级，具有良好的力矩跟踪能力，与传统PI（proportionalintegral）控制...

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Published in农业工程学报 Vol. 30; no. 9; pp. 19 - 26
Main Author 姬伟 罗大伟 李俊乐 杨俊 赵德安
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 机械工业设施农业测控技术与装备重点实验室，镇江212013%江苏大学电气信息工程学院,镇江,212013%东南大学复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室,南京,210096 2014
江苏大学电气信息工程学院，镇江 212013
Subjects
广义比例积分
控制系统
末端执行器
机器人
柔顺控制
模型
models
机器人
控制系统
广义比例积分
end-effectors
模型
control systems
末端执行器
compliance control
robots
generalized proportional integral
柔顺控制
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ISSN1002-6819
DOI10.3969/j.issn.1002-6819.2014.09.003

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Summary:为了尽可能减小采摘机器人末端执行器在采摘过程中对果蔬的损伤，提出了一种基于广义比例积分（GPI,generalizedproportionalintegral）的抓取力矩控制方法。首先，对由电机驱动的末端执行器建立模型，推导出电机输入电压与负载力矩之间的数学关系；然后，利用积分重构器设计GPI力矩反馈控制器，将力偏差转化为电机的输入电压控制。该方法不需要对力矩跟踪误差进行求导计算，避免了求导所带来的系统延时和噪声问题。仿真和实物抓取试验结果表明，采用GPI的末端执行器力矩控制对跟定信号的跟踪误差达到10-3量级，具有良好的力矩跟踪能力，与传统PI（proportionalintegral）控制方法相比，其控制力矩和电机控制电压输出平稳，降低了末端执行器抓取时对果蔬的损伤，无损采摘效率达到90%，比PI控制的采摘完好率高出8个百分点，适合于对果蔬的柔顺抓取控制。该研究可为果蔬采摘机器人无损采摘提供参考。
Bibliography:11-2047/S
Ji Wei, Luo Dawei, Li Junle, Yang Jun, Zhao Dean （1. School of Electrical and Information Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang 212013, China; 2. Key Laboratory of Measurement and Control of Complex Systems of Engineering, Ministry of Education, Southeast University, Nanjing 210096, China; 3. Key Laboratory of Facility Agriculture Measurement and Control Technology and Equipment of Machinery Industry, Zhenjiang 212013, China）
robots;models;control systems;end-effectors;generalized proportional integral;compliance control
In order to minimize the harm due to robot end-effector grasp fruits and vegetables, a generalized proportional integral （GPI） output feedback control scheme is proposed in this paper. First, the study object is the end-effector with two fingers that mounted on the top of a rigid manipulator, force sensors are mounted at the root of the finger, the output force signal was obtained by a force sensor, treating the model of the end-effector as a particle model and gravity does not af
ISSN:1002-6819
DOI:10.3969/j.issn.1002-6819.2014.09.003