机器人膝关节仿生控制研究

发布时间：2017-11-25 18:16

  本文关键词：机器人膝关节仿生控制研究

  更多相关文章： 气动人工肌肉 性能测试实验 数学建模 虚拟样机 滑模控制算法

【摘要】：双足机器人的开发与研究已经成为机器人研究领域的热点话题,膝关节在双足机器人运动过程中不仅起到提供驱动力的作用,而且能够保证运动过程中机器人身体的协调性和稳定性。因此,选择恰当的驱动器和控制策略对机器人膝关节的控制效果具有非常重要的意义,从而使机器人更加拟人化。课题包含了关节机械结构的设计、驱动方式的选择、控制算法的研究。对于膝关节机械结构的设计,结合生物医学中人体膝关节的特点,采用四连杆的机械结构,不仅仿生性强,而且提高了机械结构的稳定性;对于机器人膝关节的驱动方式,采用气动人工肌肉作为驱动方式,避免电机驱动、液压驱动带来的刚性大等问题,气动人工肌肉在设计上比较拟人化,充分地模仿了人体腿部肌肉群的工作特点;对于气动人工肌肉的数学建模,通过搭建气动人工肌肉的性能测试实验平台,分别研究在不同条件下,其输出力、输入压力、收缩率之间的复杂关系,直接从实验数据入手,建立符合特定人工肌肉特性的数学模型,能够更好地应用于控制过程中;对于联合控制仿真平台的搭建,采用经典的虚拟样机联合控制仿真系统,通过PRO ENGINEER绘制机器人的装配图,由ADAMS验证机械系统的完善性,最后通过Simulink进行控制仿真;搭建实物系统控制平台,采用工控机和运动控制卡分别控制电机和气动人工肌肉,分别由码盘和6维力传感器将各关节转动角度和脚受力信息反馈回工控机。课题分别采用PID控制算法和等效滑模控制算法对机器人膝关节进行仿真控制。仿真结果表明,采用等效滑模控制算法优于PID控制器,能够使机器人膝关节更好地跟随目标轨迹,跟踪误差小,鲁棒性强。可见,对于控制具有非线性系统的机器人或是气动人工肌肉来说,使用滑模控制算法无疑是一种行之有效的方法。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242

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本文编号：1226941