仿人机器人双臂按摩动力学与柔顺运动控制

机器人能实现类似于专家按摩手法的原理是机器人在按摩部位准确地复现专家按摩经验中蕴含的手法轨迹及力变化曲线。此时，采用的控制方法称为柔顺运动控制，即控制按摩时的接触力，又控制机器人末端的运动轨迹。由于人体各个部位皮下软组织的黏弹性不同及每个人具有个体差异，且机器人本身的动态也可能变化或不能精确建模，所以要求控制算法必需对按摩时的黏弹性变化具有适应性和对机器人动态建模误差具有鲁棒性。.项目利用已经研制的仿人机器人双臂平台开展机器人按摩柔顺运动控制研究。主要内容有：一、利用机械臂精确定位性质对人体腰部表面软组织的黏弹性模型辨识；；二、假体力学测量模型设计与专家按摩手法的生物力学参数提取；三、基于端口Hamilton形式的仿人机器人双臂按摩动力学分析与仿真；四、具有鲁棒性和适应性的仿人机器人双臂柔顺运动控制技术研究；五、机器人按摩假体实验验证。通过与专家手法比较，评价控制算法的优劣。

本项目宏观上完成了按摩机器人应用基础研究的两个目标：（1）探索和验证机器人按摩关键技术；（2）建立能保障人机物理互动安全性的按摩机器人原型机。在国内外，首次利用柔性机器人技术实现了中医按摩，克服了传统机器人技术无法保障绝对安全性的缺陷，为研制实用化的安全按摩机器人开辟了新的研究思路和奠定了良好的应用基础。具体完成的研究内容有：（1）利用自行研制的专家手法力学参数测量装置采集和提取中医按摩手法技术参数；（2）柔性一体化关节研制以及4自由度轻型仿人手臂设计与构建；（3）采用阻抗控制技术和用户反馈策略实现了对不同人体以及不同按摩部位的鲁棒性和适应性；（4）利用端口Hamilton理论和Hunt-Crossley软组织模型建立了机器人按摩的动态模型，并根据无源性理论分析了机器人按摩的稳定性；（5）在按摩机器人平台上测试了变刚度特性、柔顺性和安全性，并在人体和假体上验证了点按、指柔以及弹拨三种没有腕部运动的按摩手法。.本项目突破了按摩手法技术参数提取、柔性一体化关节与轻型仿人机器人手臂设计、基于端口Hamilton理论的机器人按摩动态建模以及基于无源性的阻抗控制技术4项关键技术，成功地研制出了具有安全性的轻型按摩机器人。从理论上和应用上，推进了我国服务机器人技术的发展，具有较高的实用性和较好的推广价值 。.本项目取得的成果如下：（1）专家手法力学参数在体和假体测量装置；（2）柔性一体化关节以及4自由度轻型按摩机器人平台；（3）在国际刊物和国内刊物发表学术论文各1篇，在国际学术会议发表论文5篇。申请发明专利5项；（4）培养博士研究生5人，硕士研究生6人，其中4人已经毕业。