刁　燕，陳章平，羅　華，吳應東
四川大學制造科學與工程學院，四川成都

摘　　　要：針對微創手術機器人通常采用的獨立ＰＤ控制或基于重力補償的ＰＤ控制，都必須預先設定好相應的ＰＤ常數，不能隨刀具所受有效外載荷而進行自適應調節，從而影響了機器人的定位精度的問題。提出了一種基于計算力矩的控制模型，在拉格朗日動力學模型基礎上引進控制量使機器人系統線性化，并且將靜力學分析結果作為反饋信號，完成外載荷作用下的軌跡精確控制。在Ｍａｔｌａｂ軟件中建立機器人物理模型及控制模型，仿真比較了重力補償ＰＤ控制與基于計算力矩控制所得刀具末端的位置偏差，證實了該模型具有良好的自適應能力。仿真結果也表明該方法的定位精度能夠達到０�保矗恚硪陨稀�

關　鍵　詞：手術機器人；自適應控制；計算力矩

１　引　言
機器人控制主要指末端執行器位置和姿態的控制。根據末端執行器期望達到的位置是點或連續軌跡，機器人控制可分為定點控制和軌跡跟蹤控制［１］。微創手術機器人要滿足高精度要求，必須建立精確、自適應的控制模型。但機器人是一個復雜的多輸入多輸出非線性系統，具有時變、強耦合和非線性的動力學特征，因而增加了控制難度［２］。機器人常用控制模型有獨立ＰＤ和基于重力補償的ＰＤ控制，兩種模型都是針對不考慮執行器與環境接觸的自由運動機器人而言［３］；但均預先確定ＰＤ常數，不能進行實時調節，難以滿足精度要求。為提高控制模型的自適應能力，基于神經網絡的ＰＩＤ控制模型得以提出［５］。但該方法需要大量樣本數據訓練網絡，增長開發周期。本文基于機器人動力學模型和靜力學分析結果，設計出自適應的控制模型；該方法實時檢測執行器與環境接觸情況，計算出各關節驅動力并用以控制，實現精確軌跡跟蹤。

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