基于非线性弹性元件的柔顺驱动器控制研究

发布时间：2021-04-20 14:11

　　上肢康复机器人早期研究主要集中在欧美、日本等发达国家。目前这些国家医疗康复机器人的市场呈逐年上升趋势。而我国目前对于上肢康复机器人的投入与欧美、日本仍有很大的差距,上肢运动功能障碍康复机器人的研究任重而道远。随着我国人口老龄化加剧,因中风导致的上肢运动损伤患者的增多,上肢康复机器人所具有的使用价值将会越来越大,其需求也将越来越大,因此发展具有核心竞争力的国产上肢康复机器人具有重大现实意义。与传统工业机械臂相比较,安全性对于康复机器人研究来说至关重要。为了保障人与机器人交互过程的安全性,康复机器人的核心部件—柔顺驱动器的性能就显得尤为重要了。通过横向比较国内外关于柔顺驱动器的种类与性能指标,本研究从仿生角度提出了一种刚度负载相匹配的柔顺驱动器设计思路—“小负载,低刚度;大负载,高刚度”的负载选择刚度机制,即人体上肢在从事重体力劳动时,肌肉紧绷,刚度变大;而在从事写字画画等轻体力的工作时,肌肉松弛,刚度变小。为实现此刚度负载匹配的柔顺驱动器功能,本文从机械结构,控制方法两个角度设计该驱动器。在结构上,该柔顺驱动器通过在交互力小时表现出低刚度,获得精确的力矩分辨率;在交互力大时表现出高刚度,... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
    1.1 课题的研究背景及意义
    1.2 柔顺驱动器研究现状
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 非线性刚度驱动器的系统设计
    2.1 引言
    2.2 弹性元件的非线性刚度原理
    2.3 非线性刚度驱动器结构
    2.4 非线性刚度驱动器硬件系统
    2.5 本章小结
第三章 基于单关节驱动器的控制策略
    3.1 引言
    3.2 单关节非线性刚度驱动器位置控制
        3.2.1 非线性刚度驱动器运动学模型
        3.2.2 运动学模型实验验证
    3.3 单关节非线性刚度驱动器力矩控制
        3.3.1 非线性刚度驱动器动力学模型
        3.3.2 非线性刚度驱动器力矩仿真
        3.3.3 力矩控制实验验证
    3.4 单关节非线性刚度驱动器阻抗控制
        3.4.1 非线性刚度驱动器阻抗模型
        3.4.2 阻抗控制器实验验证
    3.5 本章小结
第四章 基于单关节非线性刚度驱动器消除外界干扰的补偿算法
    4.1 引言
    4.2 基于力矩模型的状态方程
    4.3 干扰观测器建立
    4.4 李雅普诺夫稳定性分析
    4.5 干扰观测器实验验证
        4.5.1 干扰观测器在力矩控制实验中的评定
        4.5.2 干扰观测器在力阻抗控制实验中的评定
    4.6 本章小结
第五章 基于单关节非线性刚度驱动器消除弹性元件迟滞的补偿算法
    5.1 引言
    5.2 基于阻抗模型的状态方程
    5.3 基于Bouc-wen模型的算法原理
    5.4 李雅普诺夫稳定性分析
    5.5 迟滞模型实验验证
        5.5.1 Bouc-wen模型拟合验证实验
        5.5.2 迟滞补偿模型在恒定工作区间中的实验评定
        5.5.3 迟滞补偿模型在阻抗控制中的实验评定
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作内容总结
    6.2 未来展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
博士论文
[1]具有鲁棒性的最优干扰观测器的系统性设计及其应用[D]. 尹正男.上海交通大学 2012



本文编号：3149829