华南理工大学学报(自然科学版)

作者：翟敬梅, 钟嘉栋

单位：华南理工大学 机械与汽车工程学院，广东 广州 510640

关键词：未知人体作业环境,法向姿态跟踪,力信息,柔顺控制

基金：广东省基础与应用基础研究基金项目(2023A1515010682)

在医疗康复与美容护理等人机交互作业场景中，机器人需在人体肌肤表面维持稳定的接触法向姿态。个体和作业区域差异性、作业过程体位变化和实时形变等诸多不确定因素限制了机器人对人体柔性曲面轮廓的跟踪性能。针对该问题，该文在人机力与运动交互作业系统上建立多个辅助坐标系，描述和分析交互过程中的运动，以及力与力矩的关系，并构建坐标系间的变换矩阵。在此基础上，结合弹性力学赫兹接触原理和生物力学黏着摩擦力模型，提出一个基于六维力信息的刚性球形末端执行器与软组织接触运动法向量关系模型，用于实时求解获取当前法向姿态。为确保所获取的六维力信息的准确性，采用二次重力补偿与周期误差力矩补偿的双重补偿机制。该文通过力传感器信息实现了未知人体软组织曲面的机器人法向姿态跟踪，在人脸模型上从眉心经鼻梁至鼻尖轨迹的法向姿态控制实验中，协同法向力柔顺控制的阻抗算法，将法向姿态控制在1.12°~3.20°的偏差范围内，验证了控制方法的有效性，提升了机器人在未知人体作业环境下的自适应性。

来源：2026年第4期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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