曾献文，翟敬梅

(华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510000)

1 引言

随着“中国制造2025”制造强国战略的不断推进，机器人已经在工业、服务业领域获得越来越广泛的应用，工作任务也不再仅仅需要位置控制，在面对诸多作业场合如人体按摩、皮下注射、柔性体抓取等操作时，需要进行机器人位置和力的双重控制如阻抗控制。不同于刚性体，上述作业对象具有柔顺材料典型的非线性弹性等特征；另一方面，作业对象为非结构化环境，不同作业对象往往具有不同的力学特性，即使同一对象，不同区域的力学特性往往由于生物体征、组织结构等因素而存在变化。上述材料种类及其力学特性的不确定导致阻抗控制力跟踪误差较大甚至失去力跟踪能力。

相关研究表明机器人力、位控制器如阻抗控制器的稳定性及精准性受到环境力学特性的直接影响[1]，因此对环境接触动力学的研究能够有效改善机器人阻抗控制器力控制性能。相关工作如李臣[2]在人体按摩机器人柔顺控制中采用纯刚度模型描述机器人与环境之间的接触动力学特征。Jones K.C[3]、Koga H[4]基于Kelvin-Voigt模型描述环境动力学对面向人体表面工作的机器人进行力和位置双重控制。上述研究的接触动力学模型是线性的，适用于刚性材料的线弹性特征，但对于肌肤之类柔顺材料，则无法描述其非线性弹性特征[5]。Hunt–Crossley(HC)模型通过位置和阻尼的耦合同时引入幂指数项，同时表征刚性和柔顺材料的力学特征[6]。……