面向人机物理交互的虚拟阻抗控制

人机物理交互

人机物理交互在康复和辅助机器人领域中十分重要。人机物理交互系统通常完成一些机器人与人或外界环境交互的任务,需要保证安全性、柔顺性和稳定性。绳牵引串联弹性驱动具有柔顺性强、惯量低、力控制精确、输出稳定、安全等特点,被广泛应用于人机交互应用中。
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阻抗控制通过调节交互过程中输出力矩与负载位置的动态关系,实现不同的柔顺度需求。为了保证人与机器人之间的稳定交互,需要满足Passivity 约束。采用基于H2/H∞的方法进行控制,不仅可以提升系统的稳定性和鲁棒性,还能提升系统带宽和控制精度等。

基于二自由度控制器的虚拟阻抗控制

二自由度镇定控制器将输入跟踪和扰动噪声的抑制解耦开来,分别设计控制器来调节跟踪性能和鲁棒性能。采用H2 量化指标来评价控制效果,实现最优控制。

基于二自由度控制器的阻抗控制采用级联控制方法依次设计转速、力矩和阻抗控制器。力矩控制器采用二自由度控制器,取得了稳定的、鲁棒的及精确的力矩控制效果,进而实现满足Passivity的阻抗控制。

此外,我们正在开展基于鲁棒控制器合成的阻抗控制方法。

论文

  • Ningbo Yu*, Wulin Zou. “Impedance control of a cable-driven SEA with mixed H2/H∞ synthesis”. Assembly Automation, 2017, 37(3).
  • Ningbo Yu*, Wulin Zou, Wen Tan, Zhuo Yang, “Augmented virtual stiffness rendering of a cable-driven SEA for human-robot interaction”, IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica, 2017, 4(4).
  • Wulin Zou, Zhuo Yang, Wen Tan, Meng Wang, Jingtai Liu, Ningbo Yu*. Impedance Control of A Cable-Driven Series Elastic Actuator with the 2-DOF Control Structure. The 2016 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems(IROS). 2016.
  • Wulin Zou, Wen Tan, Zhuo Yang, Ningbo Yu*. Torque Control of a Cable-Driven Series Elastic Actuator Using the 2-DOF Method. The 35th Chinese Control Conference(CCC). 2016.