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Continuous Robust Control for Series Elastic Actuator With Unknown Payload Parameters and External Disturbances 被引量:3
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作者 Meng Wang Lei Sun +2 位作者 Wei Yin Shuai Dong Jingtai Liu 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2017年第4期620-627,共8页
In this paper, the torque tracking control problem for a class of series elastic actuators(SEAs) in the presence of unknown payload parameters and external disturbances is investigated. The uncertainties/disturbances ... In this paper, the torque tracking control problem for a class of series elastic actuators(SEAs) in the presence of unknown payload parameters and external disturbances is investigated. The uncertainties/disturbances rejection problem for SEAs is addressed from the view of a continuous nonlinear robust control development. Specifically, based on the analysis of a nonlinear SEA, the generic dynamics of SEA systems is described and a novel nonlinear control framework for SEAs is constructed. Then a RISE(robust integral of the sign of the error)-based second-order filter is introduced to synthesize the control law. Moreover, the control performance is theoretically ensured by Lyapunov analysis. Finally, some experimental results are included to demonstrate the superior performance of the proposed control method, in terms of transient response and robustness. 展开更多
关键词 Nonlinear robust control torque control series elastic actuator
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Position Control of a Series Elastic Actuator Based on Global Sliding Mode Controller Design 被引量:1
2
作者 Wei Yin Lei Sun +1 位作者 Meng Wang Jingtai Liu 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2019年第3期850-858,共9页
A series elastic actuator(SEA) is a powerful device in the area of human-machine integration, but it still suffers from difficult position control issues. Therefore, in this paper,an efficient approach is proposed to ... A series elastic actuator(SEA) is a powerful device in the area of human-machine integration, but it still suffers from difficult position control issues. Therefore, in this paper,an efficient approach is proposed to solve this problem. The approach design is divided into two steps: feedback linearization(FL) and global sliding mode(GSM) controller design. The bounded analysis is presented and global asymptotic convergence is analytically proven. Simulation and experiment results illustrate the effectiveness of the proposed scheme. 展开更多
关键词 Feedback LINEARIZATION (FL) global SLIDING mode (GSM) position control series elastic actuator (sea)
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基于参数估计-滑模阻抗控制的SEA性能分析
3
作者 曹学鹏 张正 +1 位作者 李彩红 鲁航 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1-12,共12页
重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性... 重载四足机器人的足部与地面接触过程和步态转换过程中会受到不确定的冲击载荷作用,易导致足部机构载荷过大从而造成结构的冲击损坏。因此,针对使用液压串联弹性执行器(series elastic actuators,SEA)作为足部末端在非结构环境下动态性能差的问题,提出了基于环境参数估计的滑模阻抗控制方法(environmental parameter estimation sliding mode,EPESM)。以阀控液压缸的活塞位移传递函数为基础建立了基于位置内环的SEA阻抗控制模型,并以PID作为基础控制器;为改善SEA阻抗控制的动态性能,根据Lyapunov第二法构建稳定的自适应环境参数估计方法对SEA期望位置进行前馈补偿;为提升自适应环境参数估计方法在SEA工作过程中不同阶段的动态性能和环境变化适应性,使用模糊控制方法对自适应环境参数估计方法中的自适应参数进行寻优;以SEA状态方程为基础构建滑模控制器与PID控制器进行动态性能对比分析。仿真结果表明:在变SEA弹簧刚度工况和变环境刚度下,EPESM阻抗控制的响应速度明显更快,可将调节时间从平均5 s缩短到1 s内,能更快地达到预期位移和预期接触力,且能略微降低稳态误差,使接触力误差保持在±6 N内。在动态跟踪工况下,EPESM阻抗控制的动态性能更好,在快速进入跟踪状态后,可以长时间保持0.2 s以内的相位滞后和5.2%的幅值误差。 展开更多
关键词 重载机器人 串联弹性执行器 阻抗控制 模糊-自适应参数估计 滑模控制
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基于Fluent的高功率密度SEA热仿真设计与优化
4
作者 范诗瑶 赵铁军 金纯旭 《机械工程师》 2024年第4期37-41,共5页
在串联弹性执行器(SEA)的电动机长时间的工作状态下,线圈的电阻会发热的同时电流在铁芯里面产生涡流而发热,若不及时散发热量,则温度很快会超出使用范围损坏线圈的绝缘,从而导致电动机损坏,为了解决这一问题,对SEA进行水冷结构的设计。... 在串联弹性执行器(SEA)的电动机长时间的工作状态下,线圈的电阻会发热的同时电流在铁芯里面产生涡流而发热,若不及时散发热量,则温度很快会超出使用范围损坏线圈的绝缘,从而导致电动机损坏,为了解决这一问题,对SEA进行水冷结构的设计。通过电动机温升计算以及Fluent热仿真分析确定出水道的形状、个数和最佳循环水速;同时用Workbench对SEA重要部件进行轻量化分析和设计,进而实现提高SEA功率密度目的,该设计可以满足实际应用。 展开更多
关键词 串联弹性执行器 水冷结构 仿真分析 功率密度
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基于SEA的机器人仿肌弹性驱动关节研究 被引量:12
5
作者 何福本 梁延德 +1 位作者 孙捷夫 郭超 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期900-905,共6页
为了实现机器人的拟人运动,提高其对外部环境的适应性,基于串联弹性驱动器(SEA)驱动形式提出一种仿肌弹性驱动的机器人转动关节,以实现机器人在受迫振动或受冲击下的柔顺自调整运动。该关节机构参考人体肌肉-肌腱组织的Hill-type模型,... 为了实现机器人的拟人运动,提高其对外部环境的适应性,基于串联弹性驱动器(SEA)驱动形式提出一种仿肌弹性驱动的机器人转动关节,以实现机器人在受迫振动或受冲击下的柔顺自调整运动。该关节机构参考人体肌肉-肌腱组织的Hill-type模型,采用具有对抗形式的主动弹性驱动和被动弹性牵制的设计方案,模拟肌肉收缩运动和功能,产生牵拉力以驱动机器人的关节。通过对该弹性驱动关节进行建模分析,得到其动力学描述方程,结合多次仿真测试中获得的系统运动特性曲线,在掌握其运动规律的基础上完成了其动力学性能评估。此外,针对关节机构具有的强弹性、低刚度特点,提出一种基于虚拟刚度补偿的控制方法,并应用在具有仿肌弹性驱动关节的二自由度机器臂上,实验结果表明其可行、有效。 展开更多
关键词 仿生机构 机器人 串联弹性驱动器 肌肉-肌腱 刚度控制 series elastic actuator(sea)
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SEA模型的参数全局灵敏度分析 被引量:1
6
作者 司癸卯 展梓荃 +1 位作者 高康平 魏孟 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2021年第10期1491-1496,共6页
为了定量探究串联弹性驱动器(SEA)系统阻抗和力输出带宽的参数全局灵敏度,本文利用基于方差分解的Sobol方法,计算不同取值下的弹簧刚度、阻尼和质量对SEA的输出力的带宽以及系统阻抗的全局灵敏度,并通过分析灵敏度计算结果的收敛性,验... 为了定量探究串联弹性驱动器(SEA)系统阻抗和力输出带宽的参数全局灵敏度,本文利用基于方差分解的Sobol方法,计算不同取值下的弹簧刚度、阻尼和质量对SEA的输出力的带宽以及系统阻抗的全局灵敏度,并通过分析灵敏度计算结果的收敛性,验证了灵敏度分析结果的可靠性。研究结果表明:在不同工作频率下,弹簧刚度、阻尼和质量对于SEA的输出力带宽以及系统阻抗大小影响各不相同,且三者对所求目标函数具有交互影响的作用;系统阻尼和质量对于输出力带宽以及系统阻抗大小的影响均远大于弹簧刚度的影响,这表现在系统阻尼和质量对上述所求目标函数的总阶灵敏度在任何频率下均约为弹簧刚度的总阶灵敏度的3~4倍;对于参数的采样,当采样个数小于5000时,Sobol指数波动较大,当采样个数为5000时,既能节约计算开支又能获得可靠的Sobol参数。 展开更多
关键词 机械工程 参数灵敏度 Sobol法 串联弹性驱动器(sea)
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一种新型SEA结构设计及弹性单元优化研究
7
作者 李玉青 刘宁 《机械传动》 北大核心 2023年第11期129-134,共6页
为了满足康复机器人肘关节运动要求,采用一种应用于串联弹性执行器(Series Elastic Actuator,SEA)的双节点对称螺旋波纹结构弹性单元,将储能比作为优化标准,在相同质量前提下能达到最大储能比,可以更好地吸收机械手臂的振动、保证患者... 为了满足康复机器人肘关节运动要求,采用一种应用于串联弹性执行器(Series Elastic Actuator,SEA)的双节点对称螺旋波纹结构弹性单元,将储能比作为优化标准,在相同质量前提下能达到最大储能比,可以更好地吸收机械手臂的振动、保证患者的安全。首先,对SEA进行三维建模;其次,利用有限元软件对转矩弹簧进行仿真分析,得到该弹性单元的安全系数为2.37;最后,加工出实物。实验表明,该弹性单元储能比可达9.63 J/kg,实测刚度kr=264.04 N·m/rad,与模拟刚度的误差为6.86%,且弹性单元的扭转角与转矩呈线性关系,可用于机械手臂柔性连接,为进一步优化机器人打下基础,同时也为解决此类问题提供了一种技术验证手段。 展开更多
关键词 串联弹性执行器 弹性单元 储能比 有限元分析
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SEAs导纳控制的μ综合方法 被引量:1
8
作者 李思奇 黄远灿 《自动化学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1539-1547,共9页
SEAs(Series elastic actuators)具有在确保机器人性能的基础上兼顾其安全性的特点,因此被广泛地应用在康复机器人中.为实现良好的康复训练效果,机器人需根据实际要求呈现不同的阻抗特性.本文采用μ综合技术解决了SEAs导纳控制器的设计... SEAs(Series elastic actuators)具有在确保机器人性能的基础上兼顾其安全性的特点,因此被广泛地应用在康复机器人中.为实现良好的康复训练效果,机器人需根据实际要求呈现不同的阻抗特性.本文采用μ综合技术解决了SEAs导纳控制器的设计问题.首先,考虑参数摄动、传感器噪声、输入干扰及控制输入限制等不确定性因素,建立SEAs模型.其次,应用混合稳定性原理分析系统的交互稳定性.由于无源环境的阻抗在高频段必然呈现小增益特性,所以,当端口导纳在低频段满足无源性,高频段具有小增益时,就能确保交互的稳定性.然后,将SEAs的导纳控制综合问题转化为实际端口导纳与期望导纳匹配的μ综合问题.最后,通过调节加权函数,不仅让SEAs闭环系统的端口导纳逼近期望的端口导纳,还能同时满足交互稳定性条件,从而可以独立于环境因素来设计导纳控制器.仿真结果表明,基于μ综合方法设计的控制器,能精确地逼近期望的端口导纳,且确保交互稳定性.另外,通过Hankel逼近方法得到的降阶控制器也具有满意的控制效果. 展开更多
关键词 串联弹性驱动器 Μ综合 导纳控制 混合稳定性
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Augmented Virtual Stiffness Rendering of a Cable-driven SEA for Human-Robot Interaction 被引量:2
9
作者 Ningbo Yu Wulin Zou +1 位作者 Wen Tan Zhuo Yang 《IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica》 SCIE EI CSCD 2017年第4期714-723,共10页
Human-robot interaction(HRI) is fundamental for human-centered robotics, and has been attracting intensive research for more than a decade. The series elastic actuator(SEA) provides inherent compliance, safety and fur... Human-robot interaction(HRI) is fundamental for human-centered robotics, and has been attracting intensive research for more than a decade. The series elastic actuator(SEA) provides inherent compliance, safety and further benefits for HRI, but the introduced elastic element also brings control difficulties. In this paper, we address the stiffness rendering problem for a cable-driven SEA system, to achieve either low stiffness for good transparency or high stiffness bigger than the physical spring constant, and to assess the rendering accuracy with quantified metrics. By taking a velocity-sourced model of the motor, a cascaded velocity-torque-impedance control structure is established. To achieve high fidelity torque control, the 2-DOF(degree of freedom) stabilizing control method together with a compensator has been used to handle the competing requirements on tracking performance, noise and disturbance rejection,and energy optimization in the cable-driven SEA system. The conventional passivity requirement for HRI usually leads to a conservative design of the impedance controller, and the rendered stiffness cannot go higher than the physical spring constant. By adding a phase-lead compensator into the impedance controller,the stiffness rendering capability was augmented with guaranteed relaxed passivity. Extensive simulations and experiments have been performed, and the virtual stiffness has been rendered in the extended range of 0.1 to 2.0 times of the physical spring constant with guaranteed relaxed passivity for physical humanrobot interaction below 5 Hz. Quantified metrics also verified good rendering accuracy. 展开更多
关键词 Cable actuation impedance control physical human-robot interaction relaxed passivity series elastic actuator stabilizing 2-DOF(degree of freedom) controllers
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机械臂柔性关节SEA设计与仿真分析 被引量:3
10
作者 张子建 杜云鹏 +3 位作者 韩少杰 尚恺 左堃罡 董洋洋 《机械传动》 北大核心 2019年第10期92-96,共5页
串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)可以有效提高关节的柔顺特性,但是也存在受力与形变强非线性的不足。为了提高SEA的线性特性,建立了双圆环间衔接曲梁模型,利用轴截面原点正应力公式求取梁模型不同点的应力公式,设计并验证... 串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)可以有效提高关节的柔顺特性,但是也存在受力与形变强非线性的不足。为了提高SEA的线性特性,建立了双圆环间衔接曲梁模型,利用轴截面原点正应力公式求取梁模型不同点的应力公式,设计并验证了符合柔性关节的SEA;其次,对SEA的模型进行仿真分析,取7个点对其进行模型和实际的应力比较;最后,利用ANSYS对其进行强度仿真分析,分析各关节受力和变形,有效保证了SEA的线性特性,从而有效提高了柔性关节的力学特性。 展开更多
关键词 机械臂 柔性关节 串联弹性驱动器 弹性曲梁
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基于SEA的机器人关节柔顺特性研究 被引量:3
11
作者 邵念锋 周秦源 +1 位作者 邵晨阳 赵岩 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2020年第11期33-37,41,共6页
为了实现机器人拥有仿生关节的柔性特点,基于仿生驱动的原理对机器人的柔顺特性进行了研究,针对目前传统刚性关节机器人存在不足的问题,研究采用串联弹性驱动器(Series elastic actuator,SEA)的机器人关节柔顺特性。首先,建立了机器人... 为了实现机器人拥有仿生关节的柔性特点,基于仿生驱动的原理对机器人的柔顺特性进行了研究,针对目前传统刚性关节机器人存在不足的问题,研究采用串联弹性驱动器(Series elastic actuator,SEA)的机器人关节柔顺特性。首先,建立了机器人串联弹性驱动关节的动力学模型,并对其关键影响柔顺特性的参数进行分析;其次,建立了机器人末端接触目标阻抗模型与虚拟样机模型,利用ADAMS对采用串联弹性驱动关节的机器人进行被动柔顺运动仿真;最后,利用MATLAB对采用串联弹性驱动关节动力学参数被动柔顺特性与期望阻抗控制参数主动柔顺特性进行了仿真分析,结果表明合理的被动柔顺参数与阻抗参数可以提高机器人的柔顺特性。 展开更多
关键词 仿生关节 柔顺特性 串联弹性驱动器 被动柔顺 主动柔顺
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基于串联弹性驱动器的拉力机设计与控制
12
作者 吴学光 王贤成 +2 位作者 袁义 胡旭跃 黄浪 《机械制造》 2024年第9期53-58,共6页
恒力矩训练能够提高肌肉耐力锻炼效果。传统拉力机提供恒力矩训练时,在健身人员拉、松转变阶段提供的输出力矩线性不柔顺,会造成人机交互安全问题。对此,基于串联弹性驱动器进行拉力机设计与控制。通过引入串联弹性驱动器提高拉力机输... 恒力矩训练能够提高肌肉耐力锻炼效果。传统拉力机提供恒力矩训练时,在健身人员拉、松转变阶段提供的输出力矩线性不柔顺,会造成人机交互安全问题。对此,基于串联弹性驱动器进行拉力机设计与控制。通过引入串联弹性驱动器提高拉力机输出端的被动柔顺性,使运动更加舒适,并减小肌肉与关节的压力,减少疼痛。为提高拉力机力矩输出控制的精确度,对拉力机结构进行优化,并对拉力机动力学模型进行分析和优化,提出惯性权重变化速率不断变化粒子群优化算法整定参数,进行比例积分微分控制。通过改变惯性权重变化过程,改善粒子群优化算法后期易陷入局部最优解的缺陷,使比例积分微分参数整定得到最优解,从而提高拉力机恒力矩控制的主动柔顺性。通过不同算法对比试验,惯性权重变化速率不断变化粒子群优化算法相比传统粒子群优化算法,调节时间优化比例为37%,超调量优化比例为88%,具有更快的力矩跟随响应和更好的柔顺性。研究结果对改善拉力机训练效果,提升健身人员体验,避免潜在的肌肉和关节问题具有参考价值。 展开更多
关键词 串联弹性驱动器 拉力机 设计 控制
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串联弹性驱动器力驱动力学模型和稳定性分析 被引量:13
13
作者 马洪文 王立权 +1 位作者 赵朋 俞林 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第11期1410-1416,共7页
为了建立基于力源驱动的串联弹性驱动器(series elastic actuator,SEA)动力学模型,在模型中将弹性元件简化为刚度-阻尼并联环节,通过Laplace变换并得到了力源驱动的开环和闭环系统传递函数,进而通过Nyquist稳定判据对其稳定性进行分析,... 为了建立基于力源驱动的串联弹性驱动器(series elastic actuator,SEA)动力学模型,在模型中将弹性元件简化为刚度-阻尼并联环节,通过Laplace变换并得到了力源驱动的开环和闭环系统传递函数,进而通过Nyquist稳定判据对其稳定性进行分析,通过Bode图得到其力输出带宽.通过控制与动力学仿真软件对该模型进行机电一体化系统联合仿真得到系统阶跃与正弦跟踪响应,最终利用DSpace与已完成的SEA样机进行实物控制试验,理论仿真和试验结果基本一致,SEA样机力输出稳定,证明所建立模型合理. 展开更多
关键词 机器人 串联弹性驱动器(sea) LAPLACE变换 稳定性
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新型串联弹性驱动器设计与速度控制 被引量:16
14
作者 朱秋国 熊蓉 +1 位作者 吕铖杰 毛翊超 《电机与控制学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第6期83-88,共6页
针对机械臂与环境间的交互性和安全性问题,设计一种新型串联弹性驱动器(series elastic actuator,SEA)。通过设计平面型扭转弹性元件替代传统弹簧,使得驱动器具有较高的集成度。弹性元件的引入降低了传动机构阻抗上限,增强了对外界环境... 针对机械臂与环境间的交互性和安全性问题,设计一种新型串联弹性驱动器(series elastic actuator,SEA)。通过设计平面型扭转弹性元件替代传统弹簧,使得驱动器具有较高的集成度。弹性元件的引入降低了传动机构阻抗上限,增强了对外界环境的顺应能力。为了提高SEA速度控制精确度,提出采用BP神经网络控制的方法,通过补偿负载的重力等非线性特性,以实现基于SEA力矩控制模式下的稳定速度控制。实验结果验证了驱动器良好的速度跟随性和顺应性,实现了与环境之间的安全交互。这类驱动器在腿式机器人、外骨骼机器人和工业机械臂中有着良好的应用前景。 展开更多
关键词 串联弹性驱动器 扭转弹性元件 速度控制 BP神经网络 非线性
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一种旋转型机器人柔性关节设计与分析 被引量:14
15
作者 史延雷 张明路 +1 位作者 张小俊 白丰 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第18期2494-2500,共7页
通过对人类膝关节柔性产生机理研究,仿照动物关节肌肉-肌腱组织设计出一种适用于电机驱动的旋转型柔性关节。通过研究对比旋转型SEA(series elastic actuator)与直线型SEA机构特点,提出一种由8个压缩弹簧协同组成的柔性输出机构,并建立... 通过对人类膝关节柔性产生机理研究,仿照动物关节肌肉-肌腱组织设计出一种适用于电机驱动的旋转型柔性关节。通过研究对比旋转型SEA(series elastic actuator)与直线型SEA机构特点,提出一种由8个压缩弹簧协同组成的柔性输出机构,并建立柔性输出机构刚度模型,确立了弹性元件参数与柔性关节等效刚度的数学关系。在此基础上,对柔性关节整体进行紧凑化设计,电机、减速器、柔性输出机构集中安装于关节部位,使柔性关节模块化、通用性强。通过对该柔性关节软件仿真及关节样机测试,验证了关节抗冲击能力和柔性输出能力可以满足柔性关节型机器人对柔性关节的应用需求。 展开更多
关键词 机器人 柔性关节 紧凑设计 串联弹性驱动器
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面向交互应用的串联弹性驱动器力矩控制方法 被引量:6
16
作者 王萌 孙雷 +2 位作者 尹伟 董帅 刘景泰 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第8期1319-1328,共10页
对于串联弹性驱动器(Series elastic actuator,SEA)而言,已有方法大都将其弹性组件视为线性弹簧.然而为了追求更高的能量密度,SEA的机械结构越来越复杂,使其控制问题更具挑战性;此外,现有方法均未考虑当SEA应用于交互系统中,其负载端动... 对于串联弹性驱动器(Series elastic actuator,SEA)而言,已有方法大都将其弹性组件视为线性弹簧.然而为了追求更高的能量密度,SEA的机械结构越来越复杂,使其控制问题更具挑战性;此外,现有方法均未考虑当SEA应用于交互系统中,其负载端动力学模型会产生剧烈变化的情况.针对这些问题,本文设计了一种面向交互应用的自适应滑模控制方法.具体而言,首先在考虑了非线性SEA输出特性及系统中可能存在的扰动的情况下,描述了SEA系统的动力学方程,并对其进行了分析和变换.在此基础上设计了负载运动观测器和自适应滑模控制器,使得本文方法能够在负载端动力学模型完全未知的情况下完成SEA的力矩控制.最后通过引入辅助系统,对输入饱和的情况进行了有效的处理.通过理论分析证明了闭环控制系统的稳定性及信号有界性,随后的仿真与实验结果也表明了这种自适应滑模控制器良好的控制性能和对不确定性因素的鲁棒性. 展开更多
关键词 串联弹性驱动器 力矩控制 人-机交互 自适应滑模控制
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一种面向步态和平衡康复训练的单绳悬吊主动减重系统设计与控制方法研究 被引量:6
17
作者 于宁波 杨卓 +2 位作者 孙玉波 邹武林 王喆 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第12期1819-1831,共13页
针对患者神经损伤后发生的下肢运动障碍,减重步行训练是一种重要的康复训练方式.对于中度和轻度患者,为其提供部分身体重力支撑(Body weight support,BWS)并激励其自主行走,可以提高患者的主动参与,并有助于改善其步态和平衡控制能力,... 针对患者神经损伤后发生的下肢运动障碍,减重步行训练是一种重要的康复训练方式.对于中度和轻度患者,为其提供部分身体重力支撑(Body weight support,BWS)并激励其自主行走,可以提高患者的主动参与,并有助于改善其步态和平衡控制能力,从而有望取得更好的康复效果.现有的减重技术多存在运动空间小、减重力变化大、会对患者产生前后和侧向拉力等问题.为此,本文面向步态和平衡康复训练应用,采用单绳悬吊方式,设计电机驱动的竖直拉力单元,从而构建了一种主动减重系统.在水平方向,采用桥式吊架结构,通过伺服控制消除吊绳偏摆使其保持竖直,从而避免对患者产生前后和侧向的拉力干扰.在竖直方向,只有一个控制自由度却需要完成位置随动和减重力控制两个目标,是典型的欠驱动系统.为此,采用绳牵引串联弹性驱动方法,将位置和吊绳拉力耦合起来.针对系统中存在的非线性、摩擦等不利因素,采用滑模控制方法,分别设计了吊绳偏角控制器和吊绳拉力控制器.为保证系统安全运行,进一步针对竖直拉力单元中的弹簧连接动板设计了位置控制器.最后,通过仿真实验检验了本文提出的主动减重系统和控制方案效果.由此,可为下肢运动障碍患者提供一种方便高效的康复训练手段. 展开更多
关键词 康复训练 主动减重 绳驱动 串联弹性驱动 滑模控制
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基于RISE反馈的串联弹性驱动器最优控制方法 被引量:7
18
作者 孙雷 孙伟超 +1 位作者 王萌 刘景泰 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期2170-2178,共9页
串联弹性驱动器(Series elastic actuator, SEA)是机器人交互系统中的一种理想力源.本文针对非线性SEA的力矩控制问题提出一种基于RISE (Robust integral of the sign of the error)反馈的最优控制方法,能够克服模型参数不确定和有界扰... 串联弹性驱动器(Series elastic actuator, SEA)是机器人交互系统中的一种理想力源.本文针对非线性SEA的力矩控制问题提出一种基于RISE (Robust integral of the sign of the error)反馈的最优控制方法,能够克服模型参数不确定和有界扰动,实现SEA输出力矩在交互过程中快速平稳地收敛到期望值.具体来说,首先对SEA的模型进行分析和变换;然后假设模型参数和扰动均已知,并在此基础上基于二次型指标设计最优控制律;之后基于RISE反馈重新设计控制律抵消模型参数不确定性和有界扰动,基于Lyapunov理论分析控制器的收敛性和信号的有界性,实验结果表明这种基于RISE反馈的最优控制方法具有良好的控制性能和对有界扰动的鲁棒性. 展开更多
关键词 串联弹性驱动器 最优控制 RISE 力矩控制
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风电叶片打磨机器人柔性末端终端滑模力控制 被引量:11
19
作者 王雨 张慧博 +2 位作者 戴士杰 陈艳飞 纪玮 《计算机集成制造系统》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期1757-1766,共10页
为了自适应叶片在磨削过程叶片曲率的变化,实现主被动磨削力控制。仿照人体肌肉组织,提出一种适用于电机驱动的直线型类串联弹性驱动器(SEA)安装于六自由度机械臂末端,以实现柔性输出。并建立了类SEA数学模型,在基于类SEA动力学模型的... 为了自适应叶片在磨削过程叶片曲率的变化,实现主被动磨削力控制。仿照人体肌肉组织,提出一种适用于电机驱动的直线型类串联弹性驱动器(SEA)安装于六自由度机械臂末端,以实现柔性输出。并建立了类SEA数学模型,在基于类SEA动力学模型的基础上,提出一种新型非奇异快速终端滑模滑模面和多幂次趋近率,并依据新型滑模面和多幂次趋近率设计了带扰动补偿的控制律。通过与传统终端滑模面、传统趋近率得到的控制律进行了磨削力跟踪对比仿真实验,结果表明新型非奇异终端滑模面和多幂次趋近率得到的控制律趋近平衡点速率更快,要求控制器输出较低,抗干扰能力更强。 展开更多
关键词 串联弹性驱动器 柔性输出 非奇异终端滑模控制 多幂次趋近率 扰动补偿
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一种新型手部康复机器人的设计与分析 被引量:4
20
作者 刘更谦 安宁 +1 位作者 路光达 陈贵亮 《机械设计与制造》 北大核心 2018年第6期258-261,共4页
针对意外伤害及脑卒中等造成的手部运动功能障碍问题,设计了一种新型手部康复机器人。重点介绍了三个模块化的执行机构和串联弹性驱动器的设计。利用解析法分析机器人的运动学特性,得出其运动学方程。然后通过图像处理技术得到了食指屈... 针对意外伤害及脑卒中等造成的手部运动功能障碍问题,设计了一种新型手部康复机器人。重点介绍了三个模块化的执行机构和串联弹性驱动器的设计。利用解析法分析机器人的运动学特性,得出其运动学方程。然后通过图像处理技术得到了食指屈曲/伸展的运动轨迹,并将采集到的关节轨迹应用到运动学中,得出康复机器人的各个驱动关节的输入,并进行SIMULINK仿真验证。仿真结果证明该康复机器人整体结构设计合理,运动学模型正确,能够满足手部康复需求,同时也为后续康复机器人柔顺性控制提供了理论依据。 展开更多
关键词 康复机器人 串联弹性驱动器 运动学仿真
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