發(fā)布時間：2020-10-22 00:45

　　 本文以磁流變力反饋數(shù)據(jù)手套為研究對象,開展了機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、電流控制器仿真分析、反饋力控制策略以及實驗研究等,本文完成的主要工作歸納如下:1.本文設(shè)計了一種使用磁流變阻尼器作為力反饋裝置的新型力反饋數(shù)據(jù)手套,并對其力反饋裝置和傳動方案進行了詳細闡述。首先介紹了人手手指的生物結(jié)構(gòu)和關(guān)節(jié)耦合運動規(guī)律,設(shè)計了力反饋數(shù)據(jù)手套的手指抓握角度測量機構(gòu)。利用ANASYS有限元仿真軟件對磁流變阻尼器進行了磁場仿真分析以確保其可以產(chǎn)生足夠的反饋力。2.本文對磁流變力反饋數(shù)據(jù)手套電流控制器進行了初步研究,首先對電流控制器的硬件進行設(shè)計,對BUCK電路進行較為詳盡的分析,然后運用狀態(tài)空間平均法對BUCK開關(guān)電路進行建模分析,最后在SIMULINK中搭建了仿真平臺,對比電路仿真結(jié)果和運用狀態(tài)空間平均法建模所得的仿真結(jié)果,驗證了BUCK電路狀態(tài)空間平均法建模的有效性和可行性。3.本文運用MATLAB系統(tǒng)辨識工具箱對磁流變阻尼器進行了傳遞函數(shù)參數(shù)辨識,得到了磁流變力反饋數(shù)據(jù)手套反饋力控制的理論模型。設(shè)計了基于常規(guī)PID控制與自適應(yīng)模糊PID控制的磁流變力反饋數(shù)據(jù)手套反饋力控制策略,在SIMULINK中建立了兩種控制策略的仿真模型,并且對兩種控制策略的仿真結(jié)果進行了對比。對比結(jié)果表明,自適應(yīng)模糊PID控制具有比常規(guī)PID控制更好的控制效果。4.本文搭建了磁流變力反饋數(shù)據(jù)手套的實驗平臺。首先,進行了薄膜壓力傳感器的標(biāo)定實驗,標(biāo)定結(jié)果表明,薄膜壓力傳感器呈現(xiàn)出較好的線性關(guān)系;其次,對磁流變阻尼器進行了實驗研究,實驗結(jié)果表明,磁流變阻尼器具有較好的控制效果,并且實驗結(jié)果和仿真結(jié)果基本吻合;最后,進行了磁流變力反饋數(shù)據(jù)手套抓握實驗,實驗結(jié)果表明,反饋力在不超過人手承受的抓握力的范圍內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性和跟蹤性,磁流變力反饋數(shù)據(jù)手套的極限抓握角度證明了角度測量機構(gòu)的正確性。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TS941.724;TN60;TP273
【部分圖文】：

1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀日本東京大學(xué)S. Nakagawara等人于2005年開發(fā)了一款如圖1.1所示的力反饋主手用于遠程控制從端靈巧手[16]。為了克服力反饋裝置體積較大的難題，選用了繩索傳動機構(gòu)，通過扇形齒輪中心軸上的一個滑輪將一條線連接在兩個連桿之間。該主手有兩個特點：覆蓋操作者手指大部分操作空間的外骨骼環(huán)形接頭機構(gòu)；另一個特點是力反饋功能，其使得操作者手指的自由運動和自然接觸感覺成為可能。圖 1.1 力反饋主手 圖 1.2 20 自由度便攜式觸覺反饋主手Fig 1.1 Force-feedback master hand Fig 1.2 Aportable hapic master hand with 20DOF荷蘭夫特理工大學(xué) Mark J. Lelieveld 等人于 2006 年研制了一種兩種工作模式的便攜式 20 度外骨骼力反饋數(shù)據(jù)手套如圖 1.2 所示[17]。模式 A 是一個靜態(tài)平衡的觸覺界面，帶有滾動連桿機構(gòu) RLM 和一個集成恒力矩彈簧，用于主動力反饋；模式 B 是在 RLM 上利用制動器進行被動力反饋。該裝置使用了遠程驅(qū)動模塊來克服電機重量和尺寸太大無法直接放在操作者手上的缺點，這種驅(qū)動方式的不足之處是力傳輸繩索會增加摩擦

圖 1.1 力反饋主手 圖 1.2 20 自由度便攜式觸覺反饋主手Fig 1.1 Force-feedback master hand Fig 1.2 Aportable hapic master hand with 20DOF荷蘭夫特理工大學(xué) Mark J. Lelieveld 等人于 2006 年研制了一種兩種工作模式的便攜式 20 度外骨骼力反饋數(shù)據(jù)手套如圖 1.2 所示[17]。模式 A 是一個靜態(tài)平衡的

MRAGES外骨骼力反饋手套Fig1.3MRAGESexoskeletonglove
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本文編號：2850837