苹果采摘机器人柔顺抓取的参数自整定阻抗控制

来源：农业工程学报杂志2019年第22期北京时间：

作者：丁一,姬伟,许波,陈光宇,赵德安,

摘要：为了实现苹果机器采摘过程中的柔顺抓取以减小果实损伤，该文在对苹果抓取过程的力学特性变化规律分析的基础上，提出了苹果采摘机器人柔顺抓取的参数自整定阻抗控制方法。首先，利用Burgers黏弹性模型表征苹果的流变特性，将抓取过程分为匀速加载、夹持减速、应力松弛3个阶段，在此基础上求解获得苹果形变量随时间的变化规律和果实接触力与变形量的变化关系。然后，求解出所设计的基于力的阻抗控制系统的期望输入以及抓取环境接触力模型。最后，针对阻抗控制器参数对接触力的影响，构造阻抗参数自整定变化函数，完成改进阻抗控制系统设计。仿真及试验结果表明：依据果实抓取模型及变形规律求解期望位置的方式来模拟末端执行器对苹果的抓取过程是可行的，所建立的抓取环境接触力模型在一定程度上能够避免将环境模型简化为一阶模型而产生的误差。改进阻抗控制得到的期望抓取力更加平顺，其超调量约为2.3%，接触力调节时间减小到0.48 s，接触力的超调量约为2%，较未改进阻抗控制的接触力超调量减小了37.5%。研究结果可为苹果采摘机器人的柔顺控制方法提供参考。

关键词：机器人, 收获, 苹果, 柔顺抓取, 力学特性, 阻抗控制, 参数自整定