变刚度柔性关节的动态刚度辨识和控制方法研究

发布时间：2017-02-21 14:13

  本文关键词：基于气动柔性驱动的膝关节康复训练变刚度控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2014年

变刚度柔性关节的动态刚度辨识和控制方法研究

孟西闻  

【摘要】：足式机器人中引入可变刚度的柔性关节，可以根据机器人运行状况和地形条件实时地调节关节刚度，从而有效地减少机器人运行时与地面的冲击力，起到保护机器人本体的作用，同时增强地形适应能力。目前已经有研究人员设计出多款可变刚度的柔性关节，但是由于缺乏有效的动态刚度辨识方法，难以快速准确地得到关节实际动态刚度值，从而不能引入实时刚度值作为负反馈构成闭环的关节刚度控制系统，很大程度上限制了变刚度特性在足式机器人中的应用。本课题针对该问题，对在线的变刚度关节动态刚度辨识方法进行研究，在此基础上进行了变刚度关节的动态刚度和运动控制研究。 首先，针对变刚度关节力矩的非线性特性问题，引入了泰勒展开近似替代非线性的关节力矩，并使用卡尔曼滤波算法进行泰勒展开项系数的辨识，在此基础上导出关节刚度的辨识算法。考虑到进行关节刚度实时调节时关节刚度调节参数变化对关节力矩的影响，在关节动态刚度辨识问题中先对参数进行解耦而后再对关节力矩进行泰勒展开，解决了关节变刚度柔性关节的动态刚度辨识问题。此外，还研究了关节转动惯量和阻尼系数的辨识方法，得到了较精确的结果，为后期关节动态刚度的辨识提供了基础。 其次，针对变刚度柔性关节的关节刚度和关节运动控制问题，在关节动态刚度可以在线辨识的基础上，提出了有效的关节刚度的闭环控制方法；在关节刚度控制的前提下，提出了有效的关节运动闭环控制方法；将关节刚度和运动控制方法进行整合，提出了有效的变刚度柔性关节的关节刚度和关节运动混合控制方法。 最后，，基于关节的动态刚度辨识方法和控制算法，搭建仿真平台，验证辨识和控制算法的有效性。借助对仿真结果的分析优化算法中的参数，使关节的动态刚度辨识、关节刚度和运动控制算法达到满意的性能。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242
【目录】：

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