基于参数估计-滑模阻抗控制的SEA性能分析

1

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于SEA的机器人仿肌弹性驱动关节研究 被引量：12

2

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)

在线阅读 下载PDF 职称材料

SEA模型的参数全局灵敏度分析 被引量：1

3

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)

在线阅读 下载PDF 职称材料

用于四足机器人的离散式串联弹性脊柱关节设计

4

作者 苏家豪 刘思宇 +5 位作者 卢春雷 郭朝 王志瑞 闫曈 党睿娜 苏波 《兵工学报》 北大核心 2025年第4期137-149,共13页

为提高四足机器人的运动步幅和在运动中的抗冲击性能,以猎豹为仿生对象进行运动机理分析,设计一种具有串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)的离散式仿生脊柱关节。采用SEA为驱动单元,布置在脊柱箱体与腿足关节之间,模拟生物肌... 为提高四足机器人的运动步幅和在运动中的抗冲击性能,以猎豹为仿生对象进行运动机理分析,设计一种具有串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)的离散式仿生脊柱关节。采用SEA为驱动单元,布置在脊柱箱体与腿足关节之间,模拟生物肌肉特性提供被动柔顺性。脊柱整体设计采用2自由度离散式构型,实现伸展和蜷曲两种奔跑姿态,提高运动步幅。基于D-H参数法,建立了2自由度离散式脊柱四足机器人的运动学模型,并对四足机器人的运动步幅进行了对比分析。搭建四足机器人实验平台,开展性能测试实验。在bound步态下的实验结果表明:在步幅测试实验中,含脊柱的四足机器人运动步幅提高了73.72%;对比刚性躯干,在跳跃过程中可以减少前腿大腿电机峰值力矩35.2%、前腿小腿峰值力矩12.0%、后腿大腿峰值力矩45.7%以及后腿小腿峰值力矩10.3%,且各关节电机输出力矩的均值、标准差均明显降低。 展开更多

关键词 离散式脊柱 串联弹性驱动器 步幅提升 力矩缓冲

在线阅读 下载PDF 职称材料

SEAs导纳控制的μ综合方法 被引量：1

5

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于SEA的机器人关节柔顺特性研究 被引量：3

6

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

串联弹性驱动器力驱动力学模型和稳定性分析 被引量：13

7

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

新型串联弹性驱动器设计与速度控制 被引量：18

8

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种旋转型机器人柔性关节设计与分析 被引量：14

9

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

面向交互应用的串联弹性驱动器力矩控制方法 被引量：6

10

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

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

11

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于RISE反馈的串联弹性驱动器最优控制方法 被引量：7

12

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

风电叶片打磨机器人柔性末端终端滑模力控制 被引量：12

13

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

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种新型手部康复机器人的设计与分析 被引量：4

14

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 手 康复机器人 串联弹性驱动器 运动学仿真

在线阅读 下载PDF 职称材料

轻型柔顺机械臂结构设计与控制 被引量：4

15

作者 赵洪福 张秀丽 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期113-119,共7页

为了使机械臂具有较好的位置跟随性和人机交互时的安全性,设计了一款3DOF的轻型柔顺机械臂.采用碳纤维材料实现轻量化,设计了串联弹性驱动器(SEA)实现机械臂结构的柔顺性.建立了3DOF轻型柔顺机械臂的运动学和动力学模型,并求解了工作空... 为了使机械臂具有较好的位置跟随性和人机交互时的安全性,设计了一款3DOF的轻型柔顺机械臂.采用碳纤维材料实现轻量化,设计了串联弹性驱动器(SEA)实现机械臂结构的柔顺性.建立了3DOF轻型柔顺机械臂的运动学和动力学模型,并求解了工作空间;设计机械臂的位置控制实验,通过MTI位姿传感器来获取机械臂末端位姿,提出了MTI位置误差修正的方法.实验表明:当机械臂处于自由状态时,通过对比机械臂各关节和MTI末端位置的跟随性能,得知1,2,3各关节的位置跟随误差分别为7%,5%,2%,末端X,Y,Z3个方向的最大位置误差分别为19.25%,14.43%,6.4%,证明该机械臂末端具有较好的位置跟随性. 展开更多

关键词 轻型柔顺机械臂 结构设计 串联弹性驱动器 位置跟随性

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于串联弹性驱动器的并联柔顺手腕的设计 被引量：6

16

作者 张秀丽 夏旭 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第4期104-110,共7页

通过分析人体腕关节的组织结构和运动特性,设计了具有柔顺性的3SPS-1S并联机器人手腕机构.3条移动副支链作为驱动,在驱动支链中加入串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)来实现并联机器人手腕的柔顺性.建立了3SPS-1S并联机构的... 通过分析人体腕关节的组织结构和运动特性,设计了具有柔顺性的3SPS-1S并联机器人手腕机构.3条移动副支链作为驱动,在驱动支链中加入串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)来实现并联机器人手腕的柔顺性.建立了3SPS-1S并联机构的运动学逆解,推导雅可比矩阵,提出了确定SEA弹簧刚度的方法;基于位置补偿思想,实现柔顺手腕的位姿控制.通过实验验证了该机构对未知负载具有被动柔顺性,通过主动柔顺控制可以实现更高的主动柔顺性. 展开更多

关键词 机器人手腕 并联机构 柔顺性 串联弹性驱动器 弹簧刚度

在线阅读 下载PDF 职称材料

助行腿膝关节的串联弹性驱动器系统设计 被引量：3

17

作者 盖玉先 刘伟颖 《机械设计与制造》 北大核心 2014年第9期33-36,39,共5页

为了提高人机互动机器人的舒适性及安全性,设计了一种具有零阻抗的精确力控制驱动系统—串联弹性驱动器,作为助行腿膝关节的驱动系统。为了能够精确输出期望力矩,在电机与人体关节之间串联了扭簧,并通过控制弹簧变形量控制力矩输出。当... 为了提高人机互动机器人的舒适性及安全性,设计了一种具有零阻抗的精确力控制驱动系统—串联弹性驱动器,作为助行腿膝关节的驱动系统。为了能够精确输出期望力矩,在电机与人体关节之间串联了扭簧,并通过控制弹簧变形量控制力矩输出。当期望输出力矩为零时,需要过对驱动系统的摩擦及惯性进行补偿,从而使电机与人体关节一起运动,不会造成人体运动时的阻碍。采用反馈及前馈控制方法精确控制系统输出力矩,此外,针对人机系统在互动过程中物理特性的时变性,设计了扰动观测器以增加系统的鲁棒稳定性性。最后通过MATLAB仿真验证了控制策略的有效性。 展开更多

关键词 助行腿 串联弹性驱动器 力矩控制 扰动观测器 鲁棒稳定性

在线阅读 下载PDF 职称材料

有限频域约束下串联弹性驱动器的刚度控制 被引量：1

18

作者 于宁波 邹武林 《控制理论与应用》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期711-719,共9页

工程实际中的被控对象都具有明显的有限频域特性,但目前的物理人机交互研究大多是针对全频域性能指标来设计阻抗控制器,由此得到的控制器往往失之保守.本文针对绳牵引串联弹性驱动下的人机物理交互问题,采用有限频域性能约束方法来提升... 工程实际中的被控对象都具有明显的有限频域特性,但目前的物理人机交互研究大多是针对全频域性能指标来设计阻抗控制器,由此得到的控制器往往失之保守.本文针对绳牵引串联弹性驱动下的人机物理交互问题,采用有限频域性能约束方法来提升系统在设定频段的刚度控制性能.首先,分析绳牵引串联弹性驱动的刚度控制目标并将其转化成有限频域性能约束下的H∞控制问题.其次,根据广义Kalman-Yakubovich-Popov (KYP)引理,将有限频域性能约束转化成矩阵不等式条件,进而分解变换成有关全信息控制器和待求的静态输出反馈控制器的条件.然后,求解出一个满足条件的全信息控制器,并迭代优化得到输出反馈控制器.仿真和实验结果都表明,本文方法在设定频段取得了更加精确的刚度控制效果. 展开更多

关键词 人机交互 串联弹性驱动 阻抗匹配 频域分析 广义KYP引理

在线阅读 下载PDF 职称材料

串联弹性驱动器的设计及力矩控制研究 被引量：1

19

作者 董伯麟 杨瑞伟 《机械设计与制造》 北大核心 2022年第6期167-171,共5页

为了改善机器人在人机交互过程中力矩柔顺性问题,对机器人关节中的串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)进行了改进,从而提高了SEA驱动器中弹性体受力与变形的线性特性。在力矩控制器的设计中,采用了基于数据驱动控制的无模型... 为了改善机器人在人机交互过程中力矩柔顺性问题,对机器人关节中的串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)进行了改进,从而提高了SEA驱动器中弹性体受力与变形的线性特性。在力矩控制器的设计中,采用了基于数据驱动控制的无模型自适应控制算法(MFAC),并利用BP神经网络算法实现控制器参数的在线自整定。该数据驱动控制算法在不需要建立受控系统精确数学模型的情况下,即可实现串联弹性驱动器(SEA)的力矩控制。既简化了控制器设计的难度,避免了机器人关节建模的复杂性和未建模的动态误差,又提高了控制系统对负载扰动的鲁棒性。为了验证控制方法的有效性,对SEA驱动器进行仿真分析。仿真结果验证了所设计的控制方法对SEA力控具有良好的跟随性,能够实现机器人与人、环境之间的安全物理交互。 展开更多

关键词 串联弹性驱动器 力矩控制 人机交互 BP神经网络 无模型自适应控制 数据驱动控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

渐开线齿面串联弹性器件传动机理研究

20

作者 蒋建东 李明贵 乔欣 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期425-431,458,共8页

串联弹性器件广泛应用于外骨骼机器人驱动关节,有利于重载荷情况下的电机软启动。针对旋转类串联弹性器件转动刚度变化引起的传动力矩波动,弹性传动和刚性传动两种状态转换时的传动冲击等问题,提出了一种渐开线齿面弹性器件,建立了传动... 串联弹性器件广泛应用于外骨骼机器人驱动关节,有利于重载荷情况下的电机软启动。针对旋转类串联弹性器件转动刚度变化引起的传动力矩波动,弹性传动和刚性传动两种状态转换时的传动冲击等问题,提出了一种渐开线齿面弹性器件,建立了传动力学模型,并对器件的弹性-刚性传动过程进行了动力学分析与仿真,研究轴心装配偏差对渐开线齿面啮合滑动率与接触面接合冲击的影响,通过对弹性器件安装倾角参数优化保证了传动件转动刚度变化率最小,有效控制了弹性传动过程中的转矩波动。最后对器件进行了下肢外骨骼驱动关节工程验证和传动静特性实验,结果表明,轴心装配偏差会导致接触面接合时转矩激增,当偏差在0.05 mm内时(渐开线齿面啮合滑动率最大为0.006 5),与平面矩形弹性器件相比,转矩激增值平均降低43.55%。 展开更多

关键词 外骨骼机器人 串联弹性驱动器 柔性关节 渐开线齿廓

在线阅读 下载PDF 职称材料