面向人机物理交互的谐波传动式模块化机器人系统分散积分滑模控制

针对面向人机物理交互任务的谐波传动式模块化机器人系统,提出一种分散积分滑模控制方法。与传统采用既定期望轨迹的方法不同,文中仅利用各机器人关节的位置测量信息,实现了基于主动运动意图辨识的分散积分滑模控制。基于谐波传动柔度模型,揭示了一种人机物理交互人员主动运动意图辨识策略,在此基础上,研究了面向人机物理交互的谐波传动式模块化机器人系统分散积分滑模控制方法,实现高性能的运动意图轨迹跟踪控制。利用李雅普诺夫理论证明了闭环机器人系统的渐近稳定性,实验结果验证了该方法的有效性。

康复辅助机器人及其物理人机交互方法

面对中国社会快速老龄化现状和庞大的残疾人群,康复辅助机器人研究具有重要学术价值和广阔的应用前景.康复辅助机器人研究涉及神经科学、生物力学、机器人自动控制等领域知识,是机器人最具挑战性和最受关注的研究领域之一.与其他机器人不同,康复辅助机器人的作用对象是人,存在人与机器人的信息交流和能量交换,物理人机交互控制方法是其研究核心和关键技术.本文以神经康复机器人、穿戴式外骨骼、智能假肢等应用为例,介绍当前的研究现状,并重点介绍人体运动意图识别方法和交互控制方法等研究重点和难点.最后展望该领域的未来技术发展方向.

操作行为估计的人机交互控制实验

为提高物理人机交互系统的柔顺效果,采用引入径向基神经网络进行物理人机交互(pHRI)过程中操作行为估计,以有限时间稳定的非奇异终端滑模为基础,改进对数项以提高pHRI过程中跟踪误差在面上运动的收敛能力,并部署操作人员和触觉力反馈装置的交互控制实验,完成控制理论和机器人学综合创新拓展实训环节。实验表明,在pHRI过程中,基于操作行为估计的人机交互控制方法能够实现人机柔顺交互,并且保持0.3 mm的跟踪误差,所设计方法的具有有效性。

基于串联离合驱动的安全机械手静力学分析

以物理人机交互安全为背景,提出了基于串联离合驱动的安全机械手静力学分析方法。以末端执行器为参考点经过一系列推导得到关节限制力矩和最大各向同性力及最大接触力之间的关系及运算步骤,并以最大各向同性力与最大接触力的比值作为安全性能指标,应用于冗余机械手运动学中以优化机械手的操作性能。将末端执行器表面网格化,以平行四边形单元为研究对象推导得到单元上最大接触力的表达式。最后通过数值实例验证上述两种静力学分析方法的一致性、简便性和有效性,为根据机器人结构位形对力矩限制器进行标定提供了控制理论基础。

基于力矩限制器的安全机械手静力学分析

以物理人机交互安全为背景,提出了基于力矩限制器的安全机械手静力学分析方法,经过一系列推导得到关节限制力矩和最大各向同性力及最大可达力之间的关系及运算步骤。并以最大各向同性力与最大可达力的比值作为安全性能指标,应用于冗余机械手运动学中以优化机械手执行任务的能力。最后结合MATLAB软件进行算法编程,通过数值实例验证上述步骤方法的简便性和有效性,为根据机器人结构位形对力矩限制器进行标定提供了控制理论基础。