基于LSTM状态识别的机械臂柔顺控制方法
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河北工业大学机械工程学院

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中图分类号:

TP242.6

基金项目:

国家重点研发计划(2022YFB0102);河北省自然科学基金(F2021202062)


Compliance Control Method for Manipulators Based on LSTM State Identification
Author:
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School of Mechanical Engineering,Hebei University of Technology

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    摘要:

    针对去污作业中机械臂柔顺交互控制与稳定作业需求,提出一种基于长短期记忆(long short-term memory,LSTM)网络时序状态识别的机械臂柔顺控制方法。基于牛顿-欧拉动力学方法,结合库伦摩擦与粘滞摩擦模型,构建力/位混合阻抗控制模型,并采用选择矩阵实现力控与位控子空间解耦。利用位置、接触力及关节力矩观测值构建LSTM时序状态识别模型,实现作业模式的实时识别与平滑切换,其中LSTM网络主要用于状态识别与模式切换决策。仿真与实验结果表明,所提方法能够有效减小模式切换过程中的瞬态振动。相较传统力/位混合控制策略,瞬态力误差峰值降低61.53%,系统动态响应能力与接触稳定性得到提升。

    Abstract:

    To meet the requirements of compliant interaction control and stable operation for robotic manipulators in decontamination tasks, a compliant control method based on Long Short-Term Memory (LSTM) Network state identification is proposed. A hybrid force/position impedance control model is established based on the Newton–Euler dynamic method combined with Coulomb and viscous friction models, and a selection matrix is adopted to decouple the force-control and position-control subspaces. An LSTM-based temporal state identification model is constructed using position, contact force, and joint torque observations to achieve real-time task-state recognition and smooth control-mode switching, where the LSTM network is mainly used for state identification and mode-switching decision-making. Simulation and experimental results demonstrate that the proposed method can effectively suppress transient vibration during mode switching. Compared with the traditional hybrid force/position control strategy, the peak transient force error is reduced by 61.53%, while the dynamic response performance and contact stability are improved.

    参考文献
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引用本文

刘璇,王扬,贾立超,等. 基于LSTM状态识别的机械臂柔顺控制方法[J]. 科学技术与工程, , ():

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  • 收稿日期:2026-05-27
  • 最后修改日期:2026-09-20
  • 录用日期:2026-09-29
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