發(fā)布時(shí)間：2019-04-27 13:23

【摘要】：隨著機(jī)器人技術(shù)越來越多的運(yùn)用到腦卒中醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域,康復(fù)機(jī)器人各方面研究取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展,機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)控制的算法優(yōu)劣直接影響使用者的體驗(yàn)效果�？祻�(fù)機(jī)器人是集機(jī)械技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制算法及康復(fù)醫(yī)學(xué)為一體的“人機(jī)交互”系統(tǒng)。上肢康復(fù)機(jī)器人需要機(jī)器人和上肢極性協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),柔順的人機(jī)交互運(yùn)動(dòng)控制算法有助于提高人機(jī)交互的操縱性。根據(jù)前期參與上肢康復(fù)機(jī)器人項(xiàng)目的樣機(jī)研制中,分析樣機(jī)存在的問題�？祻�(fù)機(jī)器人樣機(jī)的研制上,機(jī)械,電路的改進(jìn)使得機(jī)器人的整體性能有了提升,但是康復(fù)機(jī)器人的核心控制算法還有缺陷,直觀的表現(xiàn)在機(jī)器人人機(jī)交互過程中人機(jī)交互協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)不佳,以及卡頓、振動(dòng)等直觀現(xiàn)象,需要找到根本問題所在,再綜合在控制算法中進(jìn)行解決。為了研究各種單一變量對(duì)交互性能的影響,論文對(duì)多維康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)單化,首先搭建了單自由度的“硬件在環(huán)(HIL:Hardware-in-the-loop)”實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),基于此系統(tǒng),開展了以下研究:(1)六維高精度力/力矩(F/T)傳感器的前置信號(hào)處理。用于表征人機(jī)交互力學(xué)特性的多維傳感器數(shù)據(jù)需要實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地采集并反饋到控制系統(tǒng),但交互過程中傳感器的微弱傳輸信號(hào)會(huì)受到電磁等隨機(jī)噪聲干擾,影響控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和精度,需要對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行前置濾波處理。論文在考察多種數(shù)字濾波算法基礎(chǔ)上,采用卡爾曼濾波對(duì)采集后的信號(hào)進(jìn)行處理,取得了比較理想的效果。(2)復(fù)雜的摩擦力辨識(shí)。機(jī)電系統(tǒng)中摩擦力客觀存在,作為人機(jī)交互系統(tǒng)的康復(fù)機(jī)器人設(shè)備,操作體驗(yàn)不僅受到來自于運(yùn)動(dòng)副表面摩擦力的影響,而且樣機(jī)使用了諧波減速機(jī)使得摩擦力的負(fù)面表現(xiàn)更加不容忽視。論文分析了各種干摩擦模型的特性,最后選擇LuGre摩擦模型來辨識(shí)系統(tǒng)的摩擦力,驗(yàn)證了該摩擦模型可以精確表征系統(tǒng)的摩擦特性,研究了基于LuGre摩擦模型對(duì)系統(tǒng)的影響,并對(duì)系統(tǒng)的摩擦參數(shù)進(jìn)行精確辨識(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了模型選擇和參數(shù)辨識(shí)的合理性。(3)優(yōu)化了系統(tǒng)控制策略。論文將精確辨識(shí)的摩擦力作為前饋補(bǔ)償,對(duì)算法特性進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明,基于模型的摩擦補(bǔ)償阻抗控制表現(xiàn)了較好地柔順控制效果。(4)為了獲得更好的人機(jī)交互體驗(yàn),論文最后初步研究了基于觸覺特性的控制策略,多方面來研究人機(jī)交互柔順性的影響因素。
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【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2467022