仪器仪表学报

作者：齐飞，孙露，孙杰，葛奕玮，刘先军

单位：齐飞,常州大学机械与轨道交通学院常州213164,qifei224@cczu.edu.cn,孙露,常州大学机械与轨道交通学院常州213164,,孙杰,常州大学机械与轨道交通学院常州213164,,葛奕玮,常州大学机械与轨道交通学院常州213164,,刘先军,常州大学机械与轨道交通学院常州213164,

关键词：外肢体机器人碰撞检测;振动反馈;包围盒;安全反应机制

基金：国家自然科学基金项目（52305092）、江苏省“青蓝工程”项目（苏教师函〔2025〕4号）资助

针对外肢体机器人在人体协作中存在的安全性低、可靠性差及运动相容性不足等问题，提出了一种面向外肢体机器人碰撞检测及振动反馈的控制策略，以提高人机交互的安全性与可靠性。首先，基于D-H法和常曲率原理建立了绳驱动外肢体机器人的运动学模型，并通过蒙特卡洛法对其工作空间进行仿真分析。而后构建了外肢体机器人的包围盒简化模型，并提出了一种基于最小距离的外肢体机器人碰撞检测方法，对外肢体双臂间的碰撞问题进行仿真验证。同时为实现对外肢体碰撞力/位置的检测和反馈，设计了一种基于压力传感器的外肢体碰撞检测装置，研究了外肢体机器人接触静力学模型并对参数进行标定，以实现对接触力/位置的检测和估计。最后提出了一种基于振动触觉反馈的外肢体机器人安全控制策略，并搭建了实验样机平台，分别通过多组实验对所建外肢体运动学模型、碰撞检测方法及安全控制策略进行验证，结果表明：绳驱动外肢体机器人在工作空间内拥有良好的运动性能，外肢体机器人碰撞检测算法能在0.12s内完成接触力和碰撞位置的检测，并通过振动手套实现了接触力的感知和安全反应控制，可在0.7s内实现有效的主动避障控制，验证了所提的外肢体机器人碰撞检测和振动反馈控制策略的正确性和有效性。

来源：2025年第6期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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