机械工程学报

作者：李洋, 冯适意, 朱德良, 郭士杰, 宋元昊, 田倩倩

单位：1. 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室 天津 300130;2. 河北省机器人感知与人机融合重点实验室 天津 300130

关键词：移乘护理,双臂机器人,轨迹变形,主动柔顺,人工势场；

基金：上海科技计划(21511101701)、河北省重点研发计划(19211817D)和国家自然科学基金青年基金(11902110)资助项目。

人体移乘是劳动强度最大的护理任务之一,因此移乘护理任务的机器人化是护理领域的迫切需求,双臂机器人以其灵活性和多功能化的优势,在护理领域受到广泛关注。不同于传统工业机器人的定位任务,护理任务需要机器人与人体接触,且场景通常为存在障碍的非结构化环境,因此任务过程中人体的安全性和舒适性至关重要。为实现非结构化环境中的人体移乘护理任务,提出轨迹变形算法,使双臂机器人具备规避障碍物及主动柔顺的功能。首先通过人工势场概念设计基于障碍及位姿的排斥函数和吸引函数,将机器人的障碍规避及主动柔顺功能通过人工势场虚拟力及人机交互力的合力描述。以合力下虚拟弹簧-阻尼系统的等效运动作为轨迹偏差,并通过雅可比矩阵将轨迹偏差变换到关节空间,避免冗余机器人的逆运动学求解。仿真结果表明,轨迹变形算法可在实现主动柔顺的同时规避障碍物。最后进行双臂机器人的人体移乘护理实验,验证轨迹变形算法可基于交互力及势场迭代调整轨迹,证明轨迹变形算法可用于非结构化场景中的人体护理任务,对提高人机交互过程中的安全性,进而实现机器人在康复护理领域的推广与应用具有重要意义。

来源：2023年第9期

《机械工程学报》期刊编辑部

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