【摘要】：隨著機器人技術(shù)越來越多的運用到腦卒中醫(yī)療康復領(lǐng)域,康復機器人各方面研究取得了長足的進步和發(fā)展,機器人的運動控制的算法優(yōu)劣直接影響使用者的體驗效果�？祻蜋C器人是集機械技術(shù)、傳感器技術(shù)、控制算法及康復醫(yī)學為一體的“人機交互”系統(tǒng)。上肢康復機器人需要機器人和上肢極性協(xié)調(diào)運動,柔順的人機交互運動控制算法有助于提高人機交互的操縱性。根據(jù)前期參與上肢康復機器人項目的樣機研制中,分析樣機存在的問題�？祻蜋C器人樣機的研制上,機械,電路的改進使得機器人的整體性能有了提升,但是康復機器人的核心控制算法還有缺陷,直觀的表現(xiàn)在機器人人機交互過程中人機交互協(xié)調(diào)運動不佳,以及卡頓、振動等直觀現(xiàn)象,需要找到根本問題所在,再綜合在控制算法中進行解決。為了研究各種單一變量對交互性能的影響,論文對多維康復機器人系統(tǒng)進行了簡單化,首先搭建了單自由度的“硬件在環(huán)(HIL:Hardware-in-the-loop)”實驗系統(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)傳感器的前置信號處理。用于表征人機交互力學特性的多維傳感器數(shù)據(jù)需要實時、準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會受到電磁等隨機噪聲干擾,影響控制系統(tǒng)的準確性和精度,需要對傳感器信號進行前置濾波處理。論文在考察多種數(shù)字濾波算法基礎(chǔ)上,采用卡爾曼濾波對采集后的信號進行處理,取得了比較理想的效果。(2)復雜的摩擦力辨識。機電系統(tǒng)中摩擦力客觀存在,作為人機交互系統(tǒng)的康復機器人設(shè)備,操作體驗不僅受到來自于運動副表面摩擦力的影響,而且樣機使用了諧波減速機使得摩擦力的負面表現(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摩擦模型來辨識系統(tǒng)的摩擦力,驗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摩擦模型對系統(tǒng)的影響,并對系統(tǒng)的摩擦參數(shù)進行精確辨識,實驗結(jié)果驗證了模型選擇和參數(shù)辨識的合理性。(3)優(yōu)化了系統(tǒng)控制策略。論文將精確辨識的摩擦力作為前饋補償,對算法特性進行了仿真和實驗研究。結(jié)果表明,基于模型的摩擦補償阻抗控制表現(xiàn)了較好地柔順控制效果。(4)為了獲得更好的人機交互體驗,論文最后初步研究了基于觸覺特性的控制策略,多方面來研究人機交互柔順性的影響因素。
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【學位授予單位】：寧波大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TP242

【參考文獻】

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本文編號：2467022