1、人類雙臂協(xié)作完成各種復(fù)雜的任務(wù)具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，如在變化的非結(jié)構(gòu)環(huán)境下雙手抓取物體進(jìn)行協(xié)作安裝或打磨;傳統(tǒng)的單臂工業(yè)機(jī)器人在實(shí)際的應(yīng)用中已經(jīng)非常成熟，但無法完成類似的動(dòng)作，模仿人類雙臂協(xié)作的生物學(xué)機(jī)理，研發(fā)雙臂協(xié)作機(jī)器人將是下一代機(jī)器人研究的方向和重點(diǎn)。在非結(jié)構(gòu)環(huán)境下研究和解決協(xié)作機(jī)器人的變負(fù)載問題是解決雙臂協(xié)作機(jī)器人實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文結(jié)合江蘇省科技支撐重點(diǎn)項(xiàng)目“多功能冗余自由度雙臂工業(yè)機(jī)器人

2、開發(fā)及示范應(yīng)用”（編號(hào):BE2013003），對(duì)雙臂協(xié)作機(jī)器人進(jìn)行了深入研究，研制出冗余自由度雙臂協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)，開展了變負(fù)載的雙臂協(xié)作機(jī)器人雙環(huán)自適應(yīng)阻抗控制研究，設(shè)計(jì)了基于模型的非線性控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)仿真與實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了提出的控制策略與算法。主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提出了基于外部擾動(dòng)觀測(cè)的變負(fù)載模糊自適應(yīng)滑模控制算法。設(shè)計(jì)了基于迭代算法的非線性觀測(cè)器，精確估算變外力負(fù)載產(chǎn)生的擾動(dòng)。引入自適應(yīng)模糊邏輯算法，實(shí)時(shí)更

3、新滑模切換增益，有效地消除滑?？刂浦械亩秳?dòng)問題。根據(jù)李亞普諾夫函數(shù)，設(shè)計(jì)滑模控制器控制率，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解決了由于變負(fù)載以及機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型不確定性對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)跟蹤精度影響的問題。
　　(2)提出了基于系統(tǒng)能耗最小的內(nèi)力動(dòng)態(tài)優(yōu)化分配方法。通過建立雙臂機(jī)器人抓取物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)模型，設(shè)計(jì)了抓取矩陣，分析了運(yùn)動(dòng)約束關(guān)系。采用最小范數(shù)法和零空間解法，將雙臂夾持物體的合力分解為內(nèi)力和外力，以系統(tǒng)的能量消耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，采用能量代

4、價(jià)函數(shù)對(duì)內(nèi)力進(jìn)行二次優(yōu)化分配。解決了目標(biāo)物體的合力分解到雙臂機(jī)器人操作空間的力映射問題，為下章的力控制提供理論模型。
　　(3)提出了雙環(huán)阻抗變剛度力跟蹤控制策略。針對(duì)目標(biāo)物體合力分解為內(nèi)力和外力的方法，分別采用內(nèi)環(huán)阻抗和外環(huán)阻抗的控制策略，外環(huán)阻抗對(duì)理想的外力進(jìn)行跟蹤控制，可實(shí)現(xiàn)物體與環(huán)境良好接觸，穩(wěn)定交互。以手臂的阻抗特性分析，提出了基于PD變剛度調(diào)整阻抗控制策略，提高了系統(tǒng)的魯棒性。為了防止內(nèi)力過大而損壞物體，設(shè)計(jì)了內(nèi)環(huán)阻抗

5、控制模型，通過李亞普諾夫函數(shù)證明全局控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。解決了雙臂協(xié)作抓取及物體與環(huán)境交換下力的穩(wěn)定性控制的問題。
　　(4)開發(fā)雙臂協(xié)作機(jī)器人軟硬件控制系統(tǒng)。針對(duì)雙臂協(xié)作機(jī)器人不同任務(wù)作業(yè)的復(fù)雜控制算法，采用開源的Linux+RTAI系統(tǒng)，構(gòu)建了視覺、力覺、電流檢測(cè)等感知能力系統(tǒng)，開發(fā)出能快速計(jì)算和數(shù)據(jù)處理能力的總控系統(tǒng)。采用基于總線通訊模式，實(shí)現(xiàn)各關(guān)節(jié)控制節(jié)點(diǎn)與總控系統(tǒng)的信息傳遞速度與準(zhǔn)確性的大幅度提高。
　　(5)搭建了