面向液压机械臂的示教学习方法

本文首次提出了一种利用液压机械臂通过遥操作示教来学习接触任务的方法。由于使用了极其强大的液压机械臂，力反射双边遥操作是进行人工示教最合理的方法。本文采用一种先进的基于子系统动力学的控制设计框架——虚拟分解控制（VDC），为遥操作系统设计保证稳定性的控制器，同时考虑了主、从机械臂的完整非线性动力学。通过由机械臂执行器腔室压力估计接触力，避免了在液压从机械臂末端使用易损的力/力矩传感器。在所提出的学习方法中，观察到表面滑动工具具有一个依赖于摩擦的方向范围（介于实际运动方向与接触力之间），机械臂可在此范围内施加力以产生滑动运动。基于这一直觉，可在一次运动中取这些范围的交集，从而稳健地从一次或多次示教中找到运动的期望方向。通过假设期望方向之外的所有运动均由环境引起（表明需要柔顺性），可求得复现运动所需的柔顺轴。最后，将该学习方法与一种新颖的基于VDC的阻抗控制方法相结合，以从遥操作人工示教中学习柔顺行为。采用负载475kg的2自由度液压机械臂进行的实验证明了所提方法在重型液压机械臂示教学习（LfD）中的适用性与有效性。