外肢体机器人驱动单元低速死区自适应补偿方法

为提高外肢体机器人高功率密度驱动单元的控制精度,提出一种低速死区自适应补偿方法。首先基于最小二乘系统辨识与阻尼辨识方法建立驱动单元模型,然后提出驱动单元的计算力矩控制方法,最后提出驱动单元的低速死区自适应补偿方法,并进行了实验验证。研究结果表明,与传统PID控制方法相比,采用计算力矩控制方法后驱动单元最大角度跟踪误差减小了约53%,平均角度跟踪误差减小了约38%;在计算力矩控制方法的基础上,采用低速死区自适应补偿方法后,驱动单元最大角度跟踪误差减小了约45%,平均角度跟踪误差减小了约60%,驱动单元的控制精度得到了显著提高。

三肢体机器人交叉步态运动规划研究

对一种新型三肢体腿臂融合机器人的独特交叉步态进行了运动规划。为了提高该机器人行走过程中的姿态稳定性和吸附稳定裕度，采用遗传算法求解其交叉步态行走过程中吸附支撑足的吸附机构受载目标优化问题，对其交叉步态进行优化，得到了相应的步态优化算法和优化参数。仿真和试验结果表明，机器人采用优化后的交叉步态行走时，机器人对吸附支撑机构的作用力矩除运动开始处为固定值外，行走的其余过程中得到了有效的降低，并且机器人运动平稳，具有很好的运动连续性和平稳性。

基于MSC1210的三肢体机器人足部控制系统

三肢体机器人的足部机构是其实现腿臂功能融合的关键部件.基于TI公司的MSC1210微控制器设计了其足部机构控制系统,用以采集处理机器人足部的多种传感器信息和控制足部各执行机构的动作,并采用CAN总线与机器人主控系统联接以发送传感器信息和接受控制命令.文中详细论述了系统的工作过程及其软硬件实现方法,实验结果验证了系统设计的正确性.

基于渐进式变结构遗传算法的肢体机器人运动规划

为使机器人的末端同时具备行走和操作能力,提出一种新颖的三肢体冗余度机器人,并介绍了该机器人的机构以及人机接口的设计.针对该机器人的运动规划提出渐进式遗传规划策略,该策略能够将笛卡尔空间坐标位姿自动、有效地映射到关节空间.在渐进式遗传规划方法的基础上提出一种变结构遗传算法,该算法可用以解决动态环境下渐进式遗传运动规划易陷入局部极小点的问题.实验结果表明渐进式遗传规划方法在静态环境中的有效性,同时也证实了变结构遗传算法对动态环境下进行运动规划的有效性.

外肢体机器人研究综述

阐述外肢体机器人(SRLs)的研究背景和研究意义.介绍外肢体机器人的概念,将外肢体机器人按照功能分为辅助操作外肢体与辅助支撑外肢体.针对不同结构类型与结构柔性的2类外肢体机器人总结研究现状.就外肢体机器人人机一体化特性带来的结构轻量化、安全性、人机协作、抗干扰能力四方面对外肢体机器人的研究要点进行分析.对外肢体机器人未来的发展趋势进行总结与展望.

模块化可重构外肢体机器人

针对单人无法独立完成的操作任务,需要额外辅助的需求,提出并研制了一种模块化、可重构的外肢体机器人,该机器人由多个结构、功能相同的基本模块单元串联组成。为了实现模块化外肢体机器人的模块连接配置与变形重构能力,分析了基本模块单元的结构、功能需求,根据需求设计了基于舵机驱动的模块单元。每个模块单元由两个楔形子模块共轴相互转动构成,形成一个转动自由度。设计了基于磁铁吸附的机械连接机构,可以实现两个模块间的快速连接与分离;提出了双排金属触点间隔错位连接方法,保证两个模块单元间实现可靠的电气系统连接。划分了双模块串联条件下4种不同的连接方位,得出了外肢体机器人的构型配置种类与串联模块个数关系。面向具有任意模块个数、不同连接方位的外肢体机器人,建立了基于虚拟转轴的模块化外肢体机器人通用正向运动学模型。对基本模块的转动能力、承载能力、快速连接能力以及外肢体机器人在焊接过程中,辅助操作人员夹持导线、递送电话等能力进行了试验,验证了所提出的新型模块化外肢体机器人的辅助能力。

考虑驱动耦合的绳驱动外肢体机器人运动建模及控制研究

针对绳驱动外肢体机器人由于其布线形式及驱动耦合所造成的运动建模复杂及控制精度低等问题,研究了一种考虑驱动耦合的绳驱动外肢体机器人运动建模及控制方法。基于D-H法和欧拉变换原理构建了刚柔一体外肢体机器人的运动学模型,并根据关节耦合机理推导相邻关节间的主动解耦模型,提出了一种基于驱动解耦运动学模型的外肢体控制策略。最后搭建了外肢体机器人实验样机,并对其所建运动模型及控制方法进行验证。结果表明,机器人末端多点定位误差最大为7.45 mm,移动路径最大误差为7.24 mm,总体误差平均值为6.08 mm,由此验证了所提的刚柔一体外肢体机器人驱动解耦运动学模型和控制策略的正确性,具有较好的控制精度和运动品质。

基于DSP的三肢体机器人关节控制器设计

基于TI公司的TMS320LF2407设计了一种直流伺服电机运动控制器,以实现三肢体仿生步行机器人11个运动关节的伺服控制。首先采用遗传算法对电机的PID参数进行优化,并对关节运动转角轨迹进行离散化,电机运动控制采取分段PID的策略,以减小关节转角误差。实验结果表明,设计出的控制器工作性能稳定,能够满足机器人运动控制的要求。

过顶作业外肢体机器人结构设计与补偿控制研究

为了提高航空装配的效率,开发了一种外肢体机器人用于飞机舱内的过顶作业。外肢体机器人(Supernumerary robotic limbs,SRLs)通过安装在人类肩膀上的三自由度机械臂,协助工人支撑天花板,实现单人作业,这种方法取代了原来的双人作业模式,降低了劳动成本,减少了工人的负担。为提升穿戴舒适性与环境适应性,分别设计了柔性鞍座与柔性末端执行器;同时,通过3种手段实现人机系统的安全性,包括设计碰撞检测外壳、选择套索传动的绳驱动解耦方式和限制关节转角。针对辅助过顶支撑作业中动基座问题对外肢体位置/力控制造成的干扰,构建了人机共融运动学模型,基于此设计了位置补偿控制算法,同时基于导纳控制原理设计了力补偿控制算法。实验测试结果表明,所设计的位置补偿算法使末端位置误差较原始误差减小74%以上,力控补偿算法可控制外肢体单臂以5 N的目标力恒定输出,满足其作业需求。

三肢体机器人行走步态规划研究

针对一种新型采用三腿机构形式的永磁吸附肢体机器人,其所具有的蠕动、翻转以及交叉三种行走步态可分别用于不同的工作场景。对机器人的三种运动步态进行了运动规划研究,为了降低机器人行走步态规划的复杂性,采用"合二为一"的策略,将机器人动作一致的两侧肢体作为一个肢体来规划,得到了具体的机器人运动规划算法。在此基础上,采用MATLAB软件进行了机器人行走步态运动仿真,仿真结果表明,机器人在采用三种步态行走时,各运动关节具有很好的运动连续性和平稳性,为后续运动控制系统的设计奠定了基础。

基于模糊自适应算法的肢体机器人力控制研究

为了提高肢体机器人与环境接触时的鲁棒性,提出了基于模糊自适应算法的力控制策略.模糊自适应控制器采用Sugeno方法进行模糊推理,采用高斯分布作为输入变量的隶属度函数,采用加权平均方法进行解模糊处理.

仿生柔性外肢体机器人的优化设计与实现

纤维增强型驱动器(FRA)受到了章鱼触手多肌纤维生物学特性的启发,有望用于外肢体机器人(SRL)完成多样化的运动。本文首先介绍了FRA实现伸长、膨胀、弯曲、扭转变形的驱动原理,阐述了FRA的制备流程,并在此基础上提出了采用FRA的柔性外肢体机器人的设计与实现方法。通过建立FRA的分析模型,揭示了驱动器在不同变形模态下其构形参数与输入气压对变形量的影响规律,并通过有限元仿真加以验证。此外,还提出了柔性外肢体机器人轨迹优化算法,通过构建多目标优化函数并基于置信域方法优化各FRA的设计参数,协助穿戴者完成规定任务。通过样机试验测试了本文的外肢体机器人的系统性能,该外肢体机器人可以有效提升穿戴舒适性,实现3维空间中的灵活运动。研究结果表明,采用FRA的柔性外肢体机器人在穿戴舒适性、动作多样性、控制精准性等方面优于现有的柔性外肢体机器人。

基于DSP的三肢体仿生机器人控制系统设计

基于分级控制和模块化设计思想,设计了一种适用于三肢体仿生机器人控制的,采用PC机、TMS320LF2407和MSC1210的控制系统.该控制系统原理清晰,工作可靠,能够满足机器人多种运动和操作要求.

肢体康复机器人的主被动模式设计研究

为了满足肢体康复需要,设计了肢体康复训练机器人的主被动训练模式。简单介绍了样机结构组成和系统硬件组成部分,阐述了核心运动模式的设计思路和实现方法。通过样机实验,采集电机的电流与速度数据,验证了主动模式与被动模式的可行性。

新型三肢体腿臂融合机器人的研制

基于功能仿生原理研制了一种新型三肢体腿臂融合机器人.通过在每个肢体末端配置永磁吸附足和操作器,使机器人可利用肢体分时复用完成移动和操作任务,并具有多种灵活的移动步态和操作方式.通过机器人的基本运动步态实验及操作物品实验,验证了所研制机器人的实用性.