柔性變剛度指的是可以獨立在系統(tǒng)輸出端外柔性地對系統(tǒng)剛度進(jìn)行改變,從而改變系統(tǒng)環(huán)境的一種適應(yīng)能力,在安全人機(jī)交互的研究構(gòu)建上優(yōu)勢巨顯。被動柔性變剛度關(guān)節(jié)一般是對系統(tǒng)中機(jī)械彈性元件進(jìn)行結(jié)構(gòu)特性上的調(diào)節(jié),以此來達(dá)到改變關(guān)節(jié)的剛度特性目的,得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文致力于探索溫控形狀記憶合金在被動柔性變剛度系統(tǒng)應(yīng)用的可行性,結(jié)合串聯(lián)彈性執(zhí)行器(SEA)實現(xiàn)直線式被動剛度調(diào)節(jié),通過溫控形狀記憶合金彈性體的溫度控制進(jìn)行了關(guān)節(jié)的剛度控制,探索了溫控形狀記憶合金在被動柔性變剛度系統(tǒng)應(yīng)用的可行性。主要研究內(nèi)容如下:首先,分析了柔性執(zhí)行器的功能需求,提出了基于溫控形狀記憶合金的變剛度關(guān)節(jié)設(shè)計方案,制作了試驗樣機(jī),對關(guān)節(jié)構(gòu)成部件進(jìn)行了設(shè)計與選型,對關(guān)節(jié)的剛度調(diào)節(jié)范圍及變剛度方式進(jìn)行了闡述。其次,設(shè)計了關(guān)節(jié)輸出位置閉環(huán)控制器,構(gòu)建了關(guān)節(jié)動力學(xué)模型,獲得了變剛度關(guān)節(jié)電機(jī)電壓輸入—關(guān)節(jié)位置輸出之間的傳遞函數(shù);實現(xiàn)了變剛度執(zhí)行器末端位置閉環(huán)控制;基于Matlab/Simulink仿真平臺進(jìn)行了變剛度關(guān)節(jié)系統(tǒng)模糊PID位置控制器仿真分析。再次,基于被動變剛度關(guān)節(jié)閉環(huán)控制器的需求,對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行了硬件配置,搭建了... 

【文章來源】：山東大學(xué)山東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－１下肢外骨骼機(jī)器人典型應(yīng)用領(lǐng)域??隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展腳步的不斷前進(jìn)，社會醫(yī)療和保障也在不斷完??善，人民生活水平有了質(zhì)的飛躍

第１章緒論??（ａ）?ＤＬＲ?（ｂ）?ｉＣｕｂ?（ｃ）?Ｋｅｎｓｈｉｒｏ??圖１－２典型的可變剛度機(jī)器人??１．２．１主動變剛度原理綜述??主動變剛度往往是通過力－位復(fù)合控制及阻抗調(diào)節(jié)等算法，完成關(guān)節(jié)剛??度的改變ｔｌ５－１８］，執(zhí)行器剛度不僅可實現(xiàn)恒定值，通過設(shè)計相應(yīng)的剛度控制算??法，可實現(xiàn)任意剛度調(diào)節(jié)，如冪指數(shù)、對數(shù)、滯回，甚至非對稱剛度等特性。??１９８０年，斯坦福大學(xué)Ｓａｌｉｓｂｕｒｙ等［１９】首次探索了機(jī)器人主動變剛度調(diào)節(jié)??方法，可沿機(jī)器人末端執(zhí)行器運動軌跡對輸出力控制，防止裝配時受外部因??素的干擾，減少因摩擦力帶來的負(fù)面影響。ＳＣｈｕｔｔｅｒｌ２Ｇ］隨后設(shè)計了初期的主??動柔性調(diào)節(jié)方法，可有效協(xié)調(diào)控制機(jī)器人速度和輸出力，但對位置控制的精??度不高。２０１２年，來自意大利理工大學(xué)的研究團(tuán)隊Ｉ２１］研發(fā)了如圖１－３所示??的新型液壓外骨骼機(jī)器人平臺ＨｙＱ，其采用電機(jī)和液壓混合驅(qū)動，ＨｙＱ內(nèi)??嵌的控制器和傳感器可完成虛擬線性無阻尼彈簧和指數(shù)型場阻尼彈簧特性??等阻抗特性的表現(xiàn)，采取有效的逆運動學(xué)控制策略，對不同環(huán)境下的各種任??務(wù)均有一定的動態(tài)可適應(yīng)性；ＨｙＱ具有較高的功率質(zhì)量比，可適應(yīng)性的完成??不同環(huán)境內(nèi)的多種任務(wù)，但是ＨｙＱ存在如運動時能耗嚴(yán)重，能量的可利用??率較低，以及軌跡跟蹤非線性遲滯等問題。??圖Ｎ３液壓外骨骼ＨｙＱ??３??

等方面??的制約，導(dǎo)致執(zhí)行器在碰撞時無法迅速反應(yīng)，這使得驅(qū)動器和人身安全很難??確保；在運行過程中能量消耗過程也同時存在和進(jìn)行，這對于外骨骼機(jī)器人??有限的能量儲備來講是極為致命的缺陷［２２］。為解決此類問題，驅(qū)動器通常應(yīng)??具有一定程度的儲能特性，為此研究焦點逐漸轉(zhuǎn)向被動變剛度執(zhí)行器。??１．２．２被動變剛度原理綜述??被動柔性變剛度驅(qū)動的關(guān)鍵是通過變剛度彈性元件的剛度變化特性調(diào)??節(jié)關(guān)節(jié)的整體剛度，需要在傳統(tǒng)剛性驅(qū)動的環(huán)節(jié)與輸出環(huán)節(jié)之間置入變剛度??彈性元件。被動變剛度原理如圖１－４所示。被動變剛度提高了機(jī)器人的環(huán)境??適應(yīng)性，具有重要的研宄價值。隨著人一機(jī)交互技術(shù)的出現(xiàn)和進(jìn)步，被動變??剛度由于能夠在連續(xù)調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)阻抗特性，從而滿足多種需求，其發(fā)展也突飛??猛進(jìn)。??Ｈ?ｈ?ｎ??Ｌ＿．Ｊ?—?：?￣＾Ｔ??Ｍｏｔｏｒ?Ｃ????圖１－４被動變剛度原理??１．２．２．１基于串聯(lián)彈性驅(qū)動器的被動柔性變剛度關(guān)節(jié)??為實現(xiàn)關(guān)節(jié)柔性，串聯(lián)彈性驅(qū)動器（Ｓｅｒｉｅｓ?Ｅｌａｓｔｉｃ?Ａｃｔｕａｔｏｒ，?ＳＥＡ）丨２３－２７］??具有構(gòu)造相對簡單、控制精準(zhǔn)較高等有點，因此是最常用的一種方式。如圖??１－５所示，ＳＥＡ將彈簧置于傳動鏈末端，因此系統(tǒng)整體剛度由彈簧剛度確定。??不同的彈簧剛度對應(yīng)不同的系統(tǒng)柔性，但在關(guān)節(jié)工作的進(jìn)程中柔性無法調(diào)節(jié)。??因此，研宄者把彈簧壓縮量或壓縮量等信息用作力傳感器，控制器則參考傳??４??

【參考文獻(xiàn)】：
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[8]基于變剛度主動柔性關(guān)節(jié)的四足機(jī)器人穩(wěn)定運動控制研究[D]. 呂鑫.河北工業(yè)大學(xué) 2016
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本文編號：2944076