【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】協(xié)作機器人的高動態(tài)響應(yīng)與柔順交互能力對于實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的精密作業(yè)至關(guān)重要。在沖擊鉚接、電阻點焊或精密軸孔裝配等應(yīng)用場景中，機器人往往需要具備低阻尼、高剛度的阻抗特性以實現(xiàn)對環(huán)境的敏捷響應(yīng)。然而，受制于模型不確定性和外部擾動，傳統(tǒng)的阻抗控制方法在面向低阻尼阻抗渲染需求時難以實現(xiàn)可靠力跟蹤，引發(fā)系統(tǒng)振蕩甚至失穩(wěn)，限制了其在實際工業(yè)中的應(yīng)用范圍。
針對這一挑戰(zhàn)，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所精密驅(qū)動與智能機器人技術(shù)團(tuán)隊與英國利物浦大學(xué)楊辰光教授團(tuán)隊合作提出了一種基于偏置滑模面(Biased Sliding Surface, BSS)的協(xié)作機器人自適應(yīng)躍度控制(AJC)(圖1)，有效解決了低阻尼阻抗渲染需求下的控制穩(wěn)定性難題。該方法首先通過接觸力反饋和復(fù)合運動誤差，實時表征力-位耦合特性的動態(tài)變化，構(gòu)建了一種包含力沖量項的偏置滑模面，從而在欠阻尼的情況下也能準(zhǔn)確估計力偏差；隨后，利用魯棒誤差積分策略對系統(tǒng)躍度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了力偏差的指數(shù)衰減；在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于力偏差范數(shù)的增益自適應(yīng)律，實時動態(tài)調(diào)整滑模增益，抑制了控制信號的抖動，并有效避免了傳統(tǒng)方法中因速度誤差與力偏差方向相反導(dǎo)致的系統(tǒng)失穩(wěn)問題。
實驗驗證表明，該方法在處理快速時變環(huán)境交互任務(wù)時，相比現(xiàn)有技術(shù)在力跟蹤精度和接觸穩(wěn)定性方面具有顯著優(yōu)勢，并顯著擴(kuò)大了阻抗參數(shù)的許用范圍。
相關(guān)成果以“Low-Damping Impedance Control of Cobot With Jerk Adaptation on Biased Sliding Surface”為題，發(fā)表在 IEEE Transactions on Industrial Electronics (《IEEE工業(yè)電子匯刊》)上(DOI:10.1109/TIE.2025.3634424)。以上工作得到了國家自然科學(xué)基金(U20A20282, U22A20177, U23A20616)、浙江省自然科學(xué)基金項目(LD24E050010)、浙江省“領(lǐng)雁”攻關(guān)計劃(2025C01018)和寧波市重大科技攻關(guān)項目(2023Z135)等項目的資助。
圖1：提出的控制流程圖
圖2. 偏置滑模面的軌跡相圖
圖3：力偏差分布。(a)-(c) 過阻尼的阻抗控制。(d)-(f) 欠阻尼的阻抗控制
(機器人與智能制造裝備技術(shù)實驗室)
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