套索传动系统建模及柔顺控制研究

发布时间：2019-09-17 02:25

【摘要】：套索传动机构在机器人设计中是一个重要的研究方向。由于其具有体积小、结构简单和质量轻等优点,套索传动机构主要应用在一些受空间限制的场合,如手术机器人、搜救机器人等。然而,套索系统的控制却是一个关键性难题。一方面,套索系统存在着运动间隙、张力衰减等非线性现象；另一方面,空间限制、消毒安全等问题限制了末端传感器的安装。这些都阻碍了套索系统应用在一些需要精密控制的场合。针对这些问题,本文对套索传动系统的建模以及末端无反馈的补偿控制方法进行了深入的研究,并针对套索传动系统操作对象的特殊性,进行了相应的柔顺性控制研究,提高其操作安全性。分析套索驱动机构的拉力传递特性,建立套索系统的静态和动态的拉力传递模型。基于静态拉力传递模型,提出了末端无传感器的拉力补偿控制方法。搭建了基于MATLAB的半物理控制的实验装置,实验验证了所建立的拉力传递模型及拉力补偿控制算法。分析套索驱动机构的位移传递特性,建立套索系统的静态和动态的位移传递模型。分别基于静态和动态位移传递模型,提出了逆模补偿控制和迟滞前馈控制两种控制策略。实验验证了所提出的位移传递模型和位移精密控制算法。为了实现软操作要求,进行了柔顺性控制研究。基于被动柔顺控制理论,设计了柔顺性末端执行器,并进行了相应的实验研究。基于主动柔顺控制理论,分别设计了阻抗控制和力／位混合控制算法,并进行了实验验证。
【图文】：

外骨骼,下肢

逦图邋１￣４邋ＩＯＷＡ邋Ｈａｎｄ逡逑在外骨骼领域，荷兰Ｔｗｅｎｔｅ大学的Ｊ．邋Ｖｅｎｅｍａｎ等人设计了一种穿戴式的下肢外骨逡逑骼ＬＯＰＥＳ［６］，如图１－５所示，通过提供动力Ｗ辅助中风病人完成步态训练。为了避免外逡逑骨骼运动受限制，他们通过双套索传动系统将驱动电机与机器人本体分离。并采用类似逡逑于弹性驱动器ＳＥＡ的原理，在驱动端和实际关节处安装两根预压缩弹灻，，来实现拉力逡逑测量。同样基于轻量化考虑，欧洲宇航局设计了一种用于远程感知的上肢外骨骼Ｘ－Ａｒｍ逡逑２［７］，如图１－６所示。逡逑图１－５邋ＬＯＰＥＳ下肢外骨骼逦图１－６邋Ｘ－Ａｒｍ邋２上肢外骨骼逡逑西班牙Ａｒｒａｓａｔｅ研巧中也的Ａ．邋Ｇｏｉｒｉｅｎａ等人设计了一种用于上肢矫形的外骨骼逡逑取０叫如图１－７所示。它具有５个自由度，并分别采用电机Ｌ义及气动肌肉来进行驱动。逡逑为了适应不同的上肢姿态，采用套索传动系统将驱动力传递到关节处，并对其中一个关逡逑节进行了实验验证。跟ＩＫＯ类似

外骨骼,上肢

逦图邋１￣４邋ＩＯＷＡ邋Ｈａｎｄ逡逑在外骨骼领域，荷兰Ｔｗｅｎｔｅ大学的Ｊ．邋Ｖｅｎｅｍａｎ等人设计了一种穿戴式的下肢外骨逡逑骼ＬＯＰＥＳ［６］，如图１－５所示，通过提供动力Ｗ辅助中风病人完成步态训练。为了避免外逡逑骨骼运动受限制，他们通过双套索传动系统将驱动电机与机器人本体分离。并采用类似逡逑于弹性驱动器ＳＥＡ的原理，在驱动端和实际关节处安装两根预压缩弹灻，来实现拉力逡逑测量。同样基于轻量化考虑，欧洲宇航局设计了一种用于远程感知的上肢外骨骼Ｘ－Ａｒｍ逡逑２［７］，如图１－６所示。逡逑图１－５邋ＬＯＰＥＳ下肢外骨骼逦图１－６邋Ｘ－Ａｒｍ邋２上肢外骨骼逡逑西班牙Ａｒｒａｓａｔｅ研巧中也的Ａ．邋Ｇｏｉｒｉｅｎａ等人设计了一种用于上肢矫形的外骨骼逡逑取０叫如图１－７所示。它具有５个自由度，并分别采用电机Ｌ义及气动肌肉来进行驱动。逡逑为了适应不同的上肢姿态，采用套索传动系统将驱动力传递到关节处，并对其中一个关逡逑节进行了实验验证。跟ＩＫＯ类似
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242

【参考文献】