實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作,使得人機(jī)之間的交互活動更加自然柔順,是目前機(jī)器人研究中的重要方向。人體的自然柔順運(yùn)動特性為人機(jī)協(xié)作機(jī)器人仿人運(yùn)動的研究提供了一個完美的參考對象。人體關(guān)節(jié)運(yùn)動具有非線性時變特性,如何定性和定量的對于人體關(guān)節(jié)的運(yùn)動信息進(jìn)行分析和估計,是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人仿人運(yùn)動控制的前提和基礎(chǔ)。本文針對肌肉驅(qū)動的上肢肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動狀態(tài)進(jìn)行分析研究,通過濾波算法估計肘關(guān)節(jié)運(yùn)動狀態(tài)信息,為機(jī)器人跟蹤人體關(guān)節(jié)運(yùn)動狀態(tài)奠定基礎(chǔ)。本文基于人體神經(jīng)信號對肌肉力或力矩的分析,建立了以肱二頭肌和肱三頭肌為主要作用下的人體肘關(guān)節(jié)運(yùn)動的神經(jīng)肌肉骨骼模型,從而實(shí)現(xiàn)從神經(jīng)信號中提取肘關(guān)節(jié)運(yùn)動狀態(tài)信息的目的。由于肌肉驅(qū)動下的肘關(guān)節(jié)的連續(xù)運(yùn)動具有柔順性,關(guān)節(jié)的柔順性取決于肌肉的柔順特性,為此對人體肘關(guān)節(jié)處肌肉的柔性特征指標(biāo)---剛度進(jìn)行分析研究,實(shí)現(xiàn)對肘關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)剛度值的量化計算。針對引起肘關(guān)節(jié)運(yùn)動過程中的肌肉群,搭建了表面肌電信號和關(guān)節(jié)角度的采集平臺,通過設(shè)計信號采集實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)現(xiàn)了對表面肌電信號和肘關(guān)節(jié)角度的信息采集,為后續(xù)估計算法有效性的驗(yàn)證提供參考。針對已經(jīng)建立的肘關(guān)節(jié)正向動力學(xué)模型,建立了對應(yīng)的狀態(tài)空間模型,通過實(shí)驗(yàn)測... 

【文章來源】：河北工業(yè)大學(xué)天津市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

優(yōu)傲機(jī)器人UR系列圖

河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文3圖1.2是庫卡公司的LBRiiwa機(jī)械臂，它具有和人類相同的7個自由度，靈活性更強(qiáng)，機(jī)身全部采用鋁制材料制作，實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計；獨(dú)特的外形設(shè)計，不但美觀，同時也增加了安全性。LBRiiwa具有2種型號：LBRiiwa7和LBRiiwa14，具有很高的負(fù)載自重比，末端定位精度可達(dá)0.1mm。LBR機(jī)械臂靈敏度高且具有精密、靈活的特點(diǎn)，機(jī)械性能和控制效果優(yōu)異，是面向工業(yè)應(yīng)用的輕型機(jī)器人[9]。LBRiiwa采用7自由度設(shè)計，且每個自由度均配置了集成力矩傳感器，使得輕型機(jī)器人具有觸感探測能力，具有很高的靈敏度,可以輕松實(shí)現(xiàn)碰撞檢測。為了更好的人機(jī)協(xié)作，LBRiiwa采用友好的流線型設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)在類似于車輛內(nèi)部等狹小有限空間內(nèi)展開工作[10]。（3）ABB公司的Yumi雙臂協(xié)作機(jī)器人Yumi機(jī)器人如圖1.3所示，每個單臂均具有7個自由度，機(jī)械臂采用緩沖防護(hù)型設(shè)計，輕質(zhì)鋼化鎂材料用于機(jī)械臂的主要架構(gòu)設(shè)計，并在機(jī)械臂的外圍包裹漂浮塑料，具有很好的減震防護(hù)效果；采用輕量化、小型化設(shè)計，縮小占用空間，實(shí)現(xiàn)在狹小空間的作業(yè)；擁有人體尺寸和人類肢體動作，使得與其協(xié)作的人類同事感到安全舒適。Yumi人機(jī)協(xié)作機(jī)器人的運(yùn)動速度可以達(dá)到1.5m/s,具有很高的生產(chǎn)效率，同時采用雙臂操作，可以輕松實(shí)現(xiàn)類似于人類的復(fù)雜裝配等任務(wù)。Yumi專為消費(fèi)級電子產(chǎn)業(yè)設(shè)計，重復(fù)定位精度高達(dá)0.02mm，具有極高的精度、安全性以及靈活性，使得機(jī)器人能夠應(yīng)對從機(jī)械手表的精密部件到手機(jī)、平板電腦以及臺式電腦零件的處理[7]，實(shí)現(xiàn)了對微小零部件的組裝。（4）美國百特國際公司的RethinkRobotics。近年來，RethinkRobotics公司在推出了第一代智能協(xié)作機(jī)器人Baxter之后又推出了第二代智能協(xié)作機(jī)器人Sawyer，如圖1.4所示。Baxter是雙臂協(xié)作機(jī)器人，和人一樣，每條單

基于肌肉驅(qū)動特征的仿人肘關(guān)節(jié)運(yùn)動狀態(tài)分析4圖1.3雙臂協(xié)作機(jī)器人Yumi圖1.4單臂協(xié)作機(jī)器人Sawyer1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀國外的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人已成趨勢，各大機(jī)器人廠商紛紛推出自己的協(xié)作機(jī)器人，目前國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)研制出了具有搬運(yùn)、碼垛、裝配等功能的工業(yè)機(jī)器人，但是在協(xié)作機(jī)器人方面還處于初始階段，不過經(jīng)過奮力追趕，依舊取得了可喜的成果。（1）新松多關(guān)節(jié)機(jī)器人在2015年11月的上海工博會上，沈陽新松自動化股份有限公司研發(fā)的高端7自由度的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人是我國首款自主研發(fā)的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人，如圖1.5所示，機(jī)械臂末端可以感知接觸力的大小，用以保證人機(jī)協(xié)作下人的安全，配備柔性多關(guān)節(jié)技術(shù)和可動雙目視覺系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速配置、牽引示教、視覺引導(dǎo)、碰撞檢測，兼具柔順性、安全性、自主避障等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)在低成本下的高負(fù)載作業(yè)，滿足機(jī)器人產(chǎn)品在人際協(xié)作方面的要求，適用于空間有限，精確度要求較高的柔性生產(chǎn)線[10]。圖1.5新松多關(guān)節(jié)機(jī)器人圖（2）大族人機(jī)協(xié)作機(jī)器人Elfin在2016年的上海工博會上，大族電機(jī)展出了最新產(chǎn)品---Elfin六軸協(xié)作機(jī)器人，如圖1.6所示。機(jī)械臂采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，方便裝配和維修，控制簡單，成本較低，外觀采用流線型設(shè)計,為了能夠滿足生產(chǎn)需求，該款機(jī)器人的重復(fù)定位精度在0.1mm,，同時輕型設(shè)計使得其方便在工作場地移動。作為協(xié)作機(jī)器人，大族機(jī)器人Elfin可配

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]用于外骨骼機(jī)器人控制的人體肌電信號模式識別方法研究[J]. 穆彤.  天水師范學(xué)院學(xué)報. 2017(05)
[2]智能制造中的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)[J]. 劉超.  中國新通信. 2017(14)
[3]協(xié)作機(jī)器人的研究現(xiàn)狀與與技術(shù)發(fā)展分析[J]. 劉洋,孫愷.  北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2017(02)
[4]電針系統(tǒng)肌電信號采集及特征提取研究[J]. 薛方.  中國醫(yī)療設(shè)備. 2016(08)
[5]人機(jī)協(xié)作:下一代機(jī)器人的必然屬性[J]. 張含陽.  機(jī)器人產(chǎn)業(yè). 2016(03)
[6]基于表面肌電的運(yùn)動意圖識別方法研究及應(yīng)用綜述[J]. 丁其川,熊安斌,趙新剛,韓建達(dá).  自動化學(xué)報. 2016(01)
[7]基于支持向量機(jī)的肌電信號小波特征分類解碼[J]. 何濤,谷朝臣,胡潔.  華中科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2015(S1)
[8]利用表面肌電信號的下肢動態(tài)關(guān)節(jié)力矩預(yù)測模型[J]. 陳江城,張小棟,李睿,石強(qiáng)勇,王賀.  西安交通大學(xué)學(xué)報. 2015(12)
[9]工業(yè)4.0環(huán)境下的人機(jī)協(xié)作機(jī)器人[J]. 鐵隆正.  工程機(jī)械文摘. 2015(04)
[10]基于肌電信號的上肢多關(guān)節(jié)連續(xù)運(yùn)動估計[J]. 丁其川,趙新剛,韓建達(dá).  機(jī)器人. 2014(04)

博士論文
[1]視頻中人體姿態(tài)估計、跟蹤與行為識別研究[D]. 馬淼.山東大學(xué) 2017
[2]仿人機(jī)器人運(yùn)動控制和規(guī)劃的若干問題研究[D]. 孫廣彬.東北大學(xué) 2015

碩士論文
[1]輕型無線化人機(jī)協(xié)作機(jī)械臂的研究[D]. 羅燦.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于表面肌電信號的人體肘關(guān)節(jié)運(yùn)動角度預(yù)測[D]. 井本成.上海師范大學(xué) 2017
[3]基于視頻的運(yùn)動人體行為捕捉算法研究[D]. 付娜.北京理工大學(xué) 2015
[4]基于UKF的未建模過程狀態(tài)估計及其在腈綸聚合中的應(yīng)用[D]. 高麗君.華東理工大學(xué) 2015
[5]動作表面肌電信號的特征提取方法研究[D]. 時改杰.上海交通大學(xué) 2008



本文編號：2970564