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Trajectory tracking control of the bionic joint of the musculoskeletal leg mechanism
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作者 雷静桃 Zhu Jianmin Wu Jiandong 《High Technology Letters》 EI CAS 2017年第2期117-124,共8页
Pneumatic artificial muscles(PAMs) have properties similar to biological muscles,which are widely used in robotics as actuators.It is difficult to achieve high-precision position control for robotics system driven by ... Pneumatic artificial muscles(PAMs) have properties similar to biological muscles,which are widely used in robotics as actuators.It is difficult to achieve high-precision position control for robotics system driven by PAMs.A 3-DOF musculoskeletal bionic leg mechanism is presented,which is driven by PAMs for quadruped robots.PAM is used to simulate the compliance of biological muscle.The kinematics of the leg swing is derived,and the foot desired trajectory is planned as the sinusoidal functions.The swing experiments of the musculoskeletal leg mechanism are conducted to analyse the extension and flexion of joints.A proportional integral derivative(PID) algorithm is presented for controlling the flexion/extension of the joint.The trajectory tracking results of joints and the PAM gas pressure are obtained.Experimental results show that the developed leg mechanism exhibits good biological properties. 展开更多
关键词 musculoskeletal leg mechanism SWING bionic joint trajectory tracking proportional integral derivative(PID) control
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Design and Mechanics Simulation of Bionic Lubrication System of Artificial Joints 被引量:3
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作者 S. H. Su Z. K. Hua J. H. Zhang 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2006年第3期155-160,共6页
We propose a new structure for artificial joints with a joint capsule which is designed to overcome the drawback of current prostheses that omit many functions of the lubricant and the joint capsule. The new structure... We propose a new structure for artificial joints with a joint capsule which is designed to overcome the drawback of current prostheses that omit many functions of the lubricant and the joint capsule. The new structure is composed of three components: lubricant, artificial joint and artificial joint capsule. The lubricant sealed in the capsule can not only reduce the wear of the artificial joint but also prevents the wear particles leaking into the body. So unexpected reactions between the wear particles and body can be avoided completely. A three-dimensional (3-D) finite element analysis (FEA) model was created for a bionic knee joint with capsule. The stresses and their distribution in the artificial capsule were simulated with different thickness, loadings, and flexion angles. The results show that the maximum stress occurs in the area between the artificial joint and the capsule. The effects of capsule thickness and the angles of flexion on stress are discussed in detail. 展开更多
关键词 artificial joint bionic joint capsule 3-D FEA
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The Knee Joint Design and Control of Above-knee Intelligent Bionic Leg Based on Magneto-rheological Damper 被引量:10
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作者 Hua-Long Xie Ze-Zhong Liang +1 位作者 Fei Li Li-Xin Guo 《International Journal of Automation and computing》 EI 2010年第3期277-282,共6页
The above-knee intelligent bionic leg is very helpful to amputees in the area of rehabilitation medicine. This paper first introduces the functional demand of the above-knee prosthesis design. Then, the advantages of ... The above-knee intelligent bionic leg is very helpful to amputees in the area of rehabilitation medicine. This paper first introduces the functional demand of the above-knee prosthesis design. Then, the advantages of the four-bar link mechanism and the magneto-rheological (MR) damper are analyzed in detail. The fixed position of the MR damper is optimized and a virtual prototype of knee joint is given. In the end, the system model of kinematics, dynamics, and controller are given and a control experiment is performed. The control experiment indicates that the intelligent bionic leg with multi-axis knee is able to realize gait tracking of the amputee's healthy leg based on semi-active control of the MR damper. 展开更多
关键词 Knee joint above-knee intelligent bionic leg magneto-rheological damper.
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基于仿生优化神经网络的6DOF工业机械手标定
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作者 曹俊 任吉慧 邓绯 《机床与液压》 北大核心 2024年第15期69-74,共6页
针对六自由度工业机械手标定中的定位精度问题,提出一种基于仿生优化神经网络的机械手标定方法。研究六自由度工业机械手的运动学模型,并给出其D-H参数。通过将关节挠度模型和传统的运动学模型标定技术相结合,来同步识别机械手的运动学... 针对六自由度工业机械手标定中的定位精度问题,提出一种基于仿生优化神经网络的机械手标定方法。研究六自由度工业机械手的运动学模型,并给出其D-H参数。通过将关节挠度模型和传统的运动学模型标定技术相结合,来同步识别机械手的运动学参数和柔度参数,以提高定位精度。然后,构造人工神经网络对未建模误差进行进一步补偿,如摩擦、机械传动误差和热膨胀。此外,采用入侵杂草优化算法对神经网络的权值和偏置进行优化。最后,采用六自由度机械手HX300对所提方法进行了实际测试,验证其可行性。研究结果表明:标定后机械手的定位精度得到了显著提高,平均误差、最大误差和标准差分别为0.345、0.6374、0.1624 mm,均小于其他标定方法;与GA-BP神经网络标定方法相比,所提方法具有更好的收敛能力,平均误差降低了15.92%,适用于高精度的各种工业应用。 展开更多
关键词 工业机械手 参数标定 关节柔度 误差补偿 仿生优化算法
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下肢外骨骼膝关节优化及人机控制仿真
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作者 李赐恩 任少蒙 +3 位作者 孙彦超 景娟红 程翔 杨晋伟 《机械》 2024年第7期74-80,共7页
为使所有人体差异的残疾和运动障碍患者术后达到舒适性康复的目的,避免患者穿戴下肢外骨骼多次尝试的困扰,提出一种快速获取人体步态优化算法,该算法首先以一人身高数据为例结合CGA数据,由四杆机构模拟人体膝关节运动,利用MATLAB优化算... 为使所有人体差异的残疾和运动障碍患者术后达到舒适性康复的目的,避免患者穿戴下肢外骨骼多次尝试的困扰,提出一种快速获取人体步态优化算法,该算法首先以一人身高数据为例结合CGA数据,由四杆机构模拟人体膝关节运动,利用MATLAB优化算法得到四杆机构的杆长并得出人体膝关节的瞬心轨迹,将其应用于下肢外骨骼的可调膝关节使人体穿戴外骨骼组成人机模型,但人机耦合的膝关节角装配的机械误差较大。利用ADAMS和MATLAB-Simlink联合仿真的PID控制人机模型,使人机耦合模型的膝关节变化的角度误差尽可能减到最小。人机模型在优化后关节误差由2°减小至0.2°左右,使运动障碍患者在康复过程中达到人机交互舒适性的效果。 展开更多
关键词 仿生膝关节机构 优化算法 瞬心轨迹 联合仿真 舒适性
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Kinematic Optimization of Bionic Shoulder Driven by Pneumatic Muscle Actuators Based on Particle Swarm Optimization 被引量:3
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作者 Liu Kai Ge Zhishang +3 位作者 Xu Jiaqi Gu Baotong Wang Yangwei Zhao Dongbiao 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2016年第3期301-309,共9页
A bionic shoulder joint with three degree-of-freedom(DOF)driven by pneumatic muscle actuator is proposed and its corresponding kinematic model is established.The bionic shoulder is optimized by particle swam optimizat... A bionic shoulder joint with three degree-of-freedom(DOF)driven by pneumatic muscle actuator is proposed and its corresponding kinematic model is established.The bionic shoulder is optimized by particle swam optimization(PSO)with the fitness standards that the requirements of rotation indexes are met and the fluctuation of motion is kept in the lowest resolution in a pneumatic muscle actuator range.Simulation considering rotation indexes only(first simulation)is compared with the one considering both rotation indexes and motion resolution(second simulation)subsequently.Mounting position of the pneumatic muscle actuators in bionic shoulder is optimized after initializing the same condition in simulations.Results show that the fluctuations of parameters are consistent,and the parameters of the first simulation have good convergence than those of the second one.With the increase of stretch rate of the pneumatic muscle actuator,the needed length of fixed link in the center of static platform decreases in optimization. 展开更多
关键词 bionic shoulder joint particle swam optimization(PSO) kinematic optimization
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Motor Driving Leg Design for Bionic Crab-like Robot 被引量:4
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作者 Wang Li-quan, Qu Xiao-rong, Meng Qing-xin, Yuan Peng, Wang Mo-nanCollege of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China 《哈尔滨工程大学学报(英文版)》 2002年第2期72-77,共6页
The paper presents the design of walking leg for bionics crab-like robot, which is driven with micro servo motor. The kinematic characteristics of the bionics machine are analysed for optimized structure parameters, w... The paper presents the design of walking leg for bionics crab-like robot, which is driven with micro servo motor. The kinematic characteristics of the bionics machine are analysed for optimized structure parameters, which has been used in the robot design. A three closed loop motor control system structure for joint driver is also given, as well as the multi-joint driving system for walking robot leg. 展开更多
关键词 bionicS crab-liked ROBOT joint driver SERVO MOTOR three-closed-loop
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基于连杆构型的守宫用移动关节仿生设计
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作者 赵静 吕博 +2 位作者 张瑞宁 王超辉 张嘉友 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2023年第3期701-707,共7页
为提升仿生壁虎的机动性与越障能力,设计开发了一种具有两自由度驱动的腿足式移动关节仿生构型。以机构学原理为导引,将吸盘、舵机、平面连杆等与壁虎体态构造进行有机融合,构建基于特征的关节组件三维实体造型,在仿形设计基础上实现了... 为提升仿生壁虎的机动性与越障能力,设计开发了一种具有两自由度驱动的腿足式移动关节仿生构型。以机构学原理为导引,将吸盘、舵机、平面连杆等与壁虎体态构造进行有机融合,构建基于特征的关节组件三维实体造型,在仿形设计基础上实现了腿足关节的运动功能模拟。通过大、小腿关节联动轨迹仿真,验证了传动设计的正确性与可行性,同时分析了仿生关节的角动摆幅(0~73°)和越障高度(>30 mm)。静力学分析结果显示,不同承载环境(如平地、倒挂、垂壁)下的仿生关节符合强度和刚度设计要求。机体实验测试表明,该仿生关节运动平稳、传力可靠,具有良好的仿生机动性能。本研究为仿生壁虎移动技术探索开拓了新思路。 展开更多
关键词 仿生 腿足关节 壁虎 造型 仿真 3D打印 实验
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仿植物叶片的组织结构对衬衫面料散湿性能的影响
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作者 高婕 马颜雪 +2 位作者 李毓陵 王连平 徐岚兰 《纺织科学与工程学报》 CAS 2023年第3期12-17,共6页
为解决夏季机织衬衫面料吸湿排汗的问题,从仿生的角度出发,模仿植物叶片结构,设计了多种联合组织,并选配合适的纱线进行上机织造,通过测试其厚度、克重、经纬密、透气率、透湿量、芯吸高度和蒸发速率等,分析仿生结构对面料散湿性的影响... 为解决夏季机织衬衫面料吸湿排汗的问题,从仿生的角度出发,模仿植物叶片结构,设计了多种联合组织,并选配合适的纱线进行上机织造,通过测试其厚度、克重、经纬密、透气率、透湿量、芯吸高度和蒸发速率等,分析仿生结构对面料散湿性的影响,为夏季衬衫面料的开发提供参考。结果表明:仿植物叶片叶脉的网目组织配合仿植物叶面气孔的透孔组织表现出了良好的散湿性能,为夏季散湿衬衫面料的开发提供新的方向与理论依据。 展开更多
关键词 网目组织 联合组织 仿生 机织 衬衫面料 散湿
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Optimal Variable Stiffness Control and Its Applications in Bionic Robotic Joints:A Review
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作者 Yuanxi Sun Yuntao Tang +2 位作者 Jia Zheng Dianbiao Dong Long Bai 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第2期417-435,共19页
Variable Stiffness Actuation(VSA)is an efficient,safe,and robust actuation technology for bionic robotic joints that have emerged in recent decades.By introducing a variable stiffness elastomer in the actuation system... Variable Stiffness Actuation(VSA)is an efficient,safe,and robust actuation technology for bionic robotic joints that have emerged in recent decades.By introducing a variable stiffness elastomer in the actuation system,the mechanical-electric energy conversion between the motor and the load could be adjusted on-demand,thereby improving the performance of the actuator,such as the peak power reduction,energy saving,bionic actuation,etc.At present,the VSA technology has achieved fruitful research results in designing the actuator mechanism and the stiffness adjustment servo,which has been widely applied in articulated robots,exoskeletons,prostheses,etc.However,how to optimally control the stiffness of VSAs in different application scenarios for better actuator performance is still challenging,where there is still a lack of unified cognition and viewpoints.Therefore,from the perspective of optimal VSA performance,this paper first introduces some typical structural design and servo control techniques of common VSAs and then explains the methods and applications of the Optimal Variable Stiffness Control(OVSC)approaches by theoretically introducing different types of OVSC mathematical models and summarizing OVSC methods with varying optimization goals and application scenarios or cases.In addition,the current research challenges of OVSC methods and possible innovative insights are also presented and discussed in-depth to facilitate the future development of VSA control. 展开更多
关键词 bionic robotic joint Variable stiffness actuator Optimal control ROBOTICS Controller design
原文传递
连续变刚度仿生驱动关节的设计与建模分析
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作者 廖峻北 伊烁闻 +5 位作者 雷飞 刘思宇 郭朝 王志瑞 闫曈 党睿娜 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期3269-3278,共10页
机器人仿生关节刚度连续变化功能的设计与控制是柔性驱动技术的难点问题。提出一种可连续变刚度的仿生驱动关节,该关节采用变力臂方式实现从低刚度到高刚度的连续变化,仿生驱动关节主副电机功率比大、结构紧凑。为了分析该仿生驱动关节... 机器人仿生关节刚度连续变化功能的设计与控制是柔性驱动技术的难点问题。提出一种可连续变刚度的仿生驱动关节,该关节采用变力臂方式实现从低刚度到高刚度的连续变化,仿生驱动关节主副电机功率比大、结构紧凑。为了分析该仿生驱动关节的弹性变形与负载之间的刚度变化关系,建立有负载条件下的静力学方程,通过数值计算模拟得到关节刚度与主副电机的角度关系,并对仿生驱动关节进行力矩跟踪、阶跃响应和刚度跟踪3种实验。实验结果表明,新设计的变刚度驱动关节在16 N·m的正弦输出力矩下,最大误差为1.23 N·m,方差为0.19 N·m,最大误差占总幅值的7.7%;在刚度跟踪为0.4~1.6 N·m/(°)范围内、输出扭转角为5°时,误差最大为0.09 N·m/(°),占总均值刚度的9.0%。 展开更多
关键词 变刚度驱动器 双电机驱动 仿生驱动关节 刚度控制
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“骨筋”特性仿生钻杆公接头断裂防掉技术
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作者 董昌乐 《煤矿安全》 CAS 北大核心 2023年第10期226-231,共6页
针对钻探施工过程中因钻杆公接头断裂导致的掉钻问题,基于仿生学原理,以动物“骨筋”结构为仿生原形,提出了“骨筋”特性仿生公接头技术,在公接头(骨)内孔设置自锁连杆(筋),形成骨筋复合双连接单元,满足了公接头螺纹部位正常施钻时承受... 针对钻探施工过程中因钻杆公接头断裂导致的掉钻问题,基于仿生学原理,以动物“骨筋”结构为仿生原形,提出了“骨筋”特性仿生公接头技术,在公接头(骨)内孔设置自锁连杆(筋),形成骨筋复合双连接单元,满足了公接头螺纹部位正常施钻时承受载荷与断裂后保持轴向连接的双重要求,实现了“打断骨头连着筋”的效果;阐述了仿生公接头的工作原理,介绍了自锁连杆设计方法,对研制的ϕ73 mm仿生钻杆进行了接头螺纹及内筋性能试验。结果表明:“骨筋”特性ϕ73 mm仿生钻杆抗扭能力达到20.12 kN·m,抗拉能力达到1444 kN,断裂位置均位于公接头螺纹大端,接头断裂后自锁连杆仍能保持钻杆轴向连接,实现了断裂防掉功能,抗拉能力达到384 kN,满足了提钻强度需求。 展开更多
关键词 钻杆 仿生公接头 骨筋特性 自锁连杆 掉钻
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仿生四足机器人单腿轨迹规划研究
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作者 陈佳 伞红军 +1 位作者 陈久朋 徐洋洋 《电子科技》 2023年第8期72-80,共9页
四足机器人因采用离散落足的方式且可适应复杂地形环境而成为国际社会广泛研究的热点。针对四足机器人足端轨迹仿生特性不足、行走效果与哺乳动物不符等问题,文中参考生物运动规律,通过SolidWorks建立三关节腿部机构,获得腿部运动学模型... 四足机器人因采用离散落足的方式且可适应复杂地形环境而成为国际社会广泛研究的热点。针对四足机器人足端轨迹仿生特性不足、行走效果与哺乳动物不符等问题,文中参考生物运动规律,通过SolidWorks建立三关节腿部机构,获得腿部运动学模型,进而分析腿部轨迹运动。结合仿生特性并基于复合摆线和五次多项式,文中规划了一种复合摆线五次多项式足端轨迹,既满足仿生运动规律,也符合轨迹规划要求。文中采用MATLAB和ADAMS联合仿真实现单腿运动学模拟,采用实物样机和控制系统配合实现单腿实物运动。实验结果表明,四足机器人单腿运动可以实现规划轨迹曲线运动,在第2 s时加速度为0,与仿真轨迹效果基本吻合,这在一定程度上验证了文中所提算法的有效性。 展开更多
关键词 四足机器人 仿生特性 三维建模 运动学模型 轨迹规划 联合仿真 轨迹跟踪 数据拟合
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基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节设计与控制 被引量:22
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作者 于海涛 郭伟 +2 位作者 谭宏伟 李满天 蔡鹤皋 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第17期1-9,共9页
关节是仿生机器人机械系统的基本组成元素。在面向环境交互的仿生机器人系统中,关节的质量、体积以及功/重比直接影响系统的工作性能。与传统的电气、液压驱动方式相比,采用气动肌腱的驱动方式具有质量小、体积小和高功/重比等优势,具... 关节是仿生机器人机械系统的基本组成元素。在面向环境交互的仿生机器人系统中,关节的质量、体积以及功/重比直接影响系统的工作性能。与传统的电气、液压驱动方式相比,采用气动肌腱的驱动方式具有质量小、体积小和高功/重比等优势,具有广阔的应用前景。从功能仿生角度出发,在分析人体肘关节骨骼结构特点和肌肉发力方式的基础上,设计一种基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节。建立单根肌腱的数学模型,通过搭建气动肌腱工作特性试验平台对肌腱进行性能测试,采用最小二乘法对模型参数进行辨识。针对拮抗式仿生关节的构型进行运动学和动力学分析,提出基于肌腱模型的偏置输入气压控制方法,设计基于关节估计阻尼的扰动观测器对名义模型进行补偿,通过数值仿真对控制方法进行有效性验证。建立仿生关节运动控制试验系统,通过单关节轨迹跟踪试验验证了肌腱理论模型的正确性及控制策略的有效性。 展开更多
关键词 仿生关节 气动肌腱 运动控制 扰动观测器
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基于给定工作空间的球面变胞仿生关节机构优化设计 被引量:9
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作者 金国光 王艳 +2 位作者 宋轶民 畅博彦 梁栋 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期288-293,320,共7页
研究一种由静平台、动平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成的新型球面变胞仿生关节机构,该机构具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。通过中间支链的结构变换,可以实现构态切换。首先运用矢量代数法,建立机构运动学逆... 研究一种由静平台、动平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成的新型球面变胞仿生关节机构,该机构具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。通过中间支链的结构变换,可以实现构态切换。首先运用矢量代数法,建立机构运动学逆解模型,得到其速度映射模型和雅可比矩阵。其次,在逆解模型的基础上,研究机构工作空间与机构尺寸关系,根据分布规律对工作空间大小进行优化,确定预设工作空间。最后,根据承载力和刚度性能评价指标对给定工作空间下的机构进行尺寸优化设计,分别给出每种性能指标较好的尺寸范围,综合两种指标,得到机构最佳设计尺寸。 展开更多
关键词 变胞机构 工作空间 承载力 刚度 仿生关节优化
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新型过约束球面并联式关节机构仿生设计 被引量:11
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作者 侯雨雷 胡鑫喆 周玉林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期723-726,730,共5页
以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度... 以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度均衡。对引入的机构中心球面副进行结构改进,大幅扩大了机构实际工作空间。新型仿生关节机构的提出及其结构设计对人形机器人关节的研制具有理论指导意义和实际应用价值。 展开更多
关键词 球面并联机构 仿生关节 静力卸载 刚度 工作空间
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机器人仿生膝关节的计算力矩加比例微分反馈控制 被引量:8
17
作者 王斌锐 金英连 +1 位作者 许宏 徐心和 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期179-183,共5页
磁流变阻尼器控制的四连杆关节瞬时转动中心是变化的,仿生特性好,但机构模型复杂,模拟人腿关节运动时变轨迹跟踪较为困难。基于此,提出行走机器人四连杆仿生膝关节机构,建立虚拟样机、机构动力学简化模型和磁流变阻尼器Bingham模型。基... 磁流变阻尼器控制的四连杆关节瞬时转动中心是变化的,仿生特性好,但机构模型复杂,模拟人腿关节运动时变轨迹跟踪较为困难。基于此,提出行走机器人四连杆仿生膝关节机构,建立虚拟样机、机构动力学简化模型和磁流变阻尼器Bingham模型。基于瞬时转动中心和简化的关节几何中心,引入大小腿长度变化以减少模型误差。设计计算力矩加比例微分反馈控制算法来控制关节摆动。采用Lyapunov方法,分析在模型存在误差情况下,控制算法的收敛性和跟踪误差大小。在虚拟样机上对阻尼力和关节摆动运动进行仿真,在样机上对控制算法进行验证。试验结果表明,引入瞬时中心和几何中心,可降低模型误差,控制算法轨迹跟踪精度能满足行走机器人行走要求。 展开更多
关键词 机器人 仿生关节 磁流变智能阻尼器 计算力矩控制 收敛
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球面并联式人形机器人髋关节机构运动学与仿生设计 被引量:6
18
作者 侯雨雷 赵春秀 +3 位作者 范建凯 胡鑫喆 曾达幸 周玉林 《机械设计》 CSCD 北大核心 2014年第12期25-30,共6页
从结构和功能仿生角度出发,提出球面并联式人形机器人髋关节机构,并针对其开展运动学分析与仿生设计。根据人体髋关节结构和运动特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为髋关节仿生原始构型;依据螺旋理论对髋关节原型机... 从结构和功能仿生角度出发,提出球面并联式人形机器人髋关节机构,并针对其开展运动学分析与仿生设计。根据人体髋关节结构和运动特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为髋关节仿生原始构型;依据螺旋理论对髋关节原型机构自由度数目、性质及位置反解进行分析;采用遗传算法,以姿态工作空间最大化为目标对并联髋关节机构进行优化;结合人体髋关节实际结构特点,提出偏置输出方式,从而使得机构实际输出空间的形状和位置更加符合人体髋关节运动轨迹需求。研究内容为人形机器人髋关节仿生的理论研究和进一步的样机研制奠定了基础。 展开更多
关键词 髋关节 球面并联机构 关节仿生 偏置输出 工作空间
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气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节位置/刚度控制 被引量:14
19
作者 朱坚民 黄春燕 +1 位作者 雷静桃 齐北川 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第13期64-74,共11页
仿生关节是四足仿生机器人实现灵活跳跃、奔跑等高速复杂运动的基本要素。针对现有气动肌腱驱动的仿生关节难以实现设定刚度下的高精度位置控制问题,提出一种基于模糊神经网络补偿控制的拮抗式仿生关节位置/刚度控制新方法。建立关节位... 仿生关节是四足仿生机器人实现灵活跳跃、奔跑等高速复杂运动的基本要素。针对现有气动肌腱驱动的仿生关节难以实现设定刚度下的高精度位置控制问题,提出一种基于模糊神经网络补偿控制的拮抗式仿生关节位置/刚度控制新方法。建立关节位置/刚度解算模型,根据关节驱动力矩及设定刚度计算气动肌腱的理论充气压力;建立关节输出刚度计算模型,根据关节输出位置及气动肌腱的实际充气压力计算仿生关节的实际输出刚度;采用由模糊神经网络补偿控制器、PID控制器和模糊神经网络辨识器构成的模糊神经网络补偿控制结构实现对仿生关节的高精度位置控制。以FESTO公司MAS型气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节为控制对象,进行关节位置/刚度控制的试验研究,对比PID控制和模糊神经网络补偿控制的位置控制精度,探究仿生关节刚度的动态响应。试验结果表明:模糊神经网络补偿控制方法的位置控制精度显著优于PID控制方法,位置控制精度由3°提高到0.6°;同时两种控制方法均能较好地跟随关节设定刚度,刚度跟踪精度均在1 N?m/rad内。 展开更多
关键词 气动肌腱 仿生关节 位置/刚度控制 模糊神经网络补偿控制 试验验证
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偏置输出的3-RRR+(S-P)仿生关节机构设计与分析 被引量:4
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作者 杨龙 邱雪松 +1 位作者 侯雨雷 周玉林 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期366-371,共6页
针对3-RRR+(S-P)球面并联机构安全工作空间较小,不能满足人形机器人肩关节、髋关节工作空间设计需求的问题,依据仿生设计理论,参照人体肱骨结构,提出了偏置输出的设计思想,并以3-RRR+(S-P)球面并联机构为原型,设计完成了偏置输出的3-RRR... 针对3-RRR+(S-P)球面并联机构安全工作空间较小,不能满足人形机器人肩关节、髋关节工作空间设计需求的问题,依据仿生设计理论,参照人体肱骨结构,提出了偏置输出的设计思想,并以3-RRR+(S-P)球面并联机构为原型,设计完成了偏置输出的3-RRR+(S-P)仿生关节机构。通过坐标变换的方法,得到新型仿生关节机构与原型机构工作空间的映射关系,进而得到新型仿生关节机构的安全工作空间。在保留原型机构运动学、力学特性的基础上,新型仿生关节机构的安全工作空间大幅增大,完全可以满足人形机器人肩关节、髋关节工作空间的设计需求。 展开更多
关键词 球面并联机构 仿生关节 偏置输出 空间映射
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