具有关节角反馈的绳驱动仿人肩关节的张力优化与控制

本文研究一种具有关节角反馈的3-DOF绳驱动仿人肩关节,采用3个垂直相交于一点的单轴机构实现肩关节的功能.针对绳驱动技术中绳的弹性和机械安装误差,在各关节上均安装编码器读取各关节位置误差.针对并联机构输出耦合的问题,设计了具有逆运动学的实时计算和误差在线补偿的线性位置插补方法.同时针对载荷变化引起的绳上张力变化剧烈和振荡等问题,提出以安全阈值为规划目标的避张力极限优化算法.最后设计了基于PC和运动控制卡的实时运动控制系统,实验结果证明了算法的正确性和控制系统的有效性.

一种仿人肩关节的运动学和工作空间分析

针对人体肩关节的结构特点,提出了一种以球面5R并联机构为原型的仿人肩关节。通过Paden-Kahan子问题思路,推导出了该并联机构的位置反解。基于螺旋理论和指数积公式,并结合直接法和虚拟机构法,给出了少自由度非对称型并联机构的运动学分析方法,得到了该并联机构的速度雅可比矩阵。应用多参数的迭代抽样优化方法,分析了工作空间评价指标与结构参数之间的关系,同时考虑加工装配工艺,最终选取了一组较合理的结构参数。研究结果表明:所提仿人肩关节结构紧凑、工作空间大,且符合人体肩关节活动特点。