機器人仿肌彈性驅動理論及其運動柔順化研究
發(fā)布時間：2021-11-07 05:50
機器人運動柔順化是機器人科學和智能控制領域中重要的研究目標,也是先進制造系統中的關鍵技術,它要求機器人不但能夠實現精確定位和穩(wěn)定運動,同時還要能夠實時做出調整動作以響應外界的條件變化。然而單純依靠位置控制或力矩控制,不考慮外界環(huán)境作用對機器人運動的影響,相關反饋信息得不到及時收集和有效處理,無法滿足機器人在復雜環(huán)境中運動自適應要求,而現有機器人的驅動方式和運動形式也存在柔性不足、剛性過大和能效偏低等缺點,無法有效地生成期望的柔順運動,因此需要采用更為高級的驅動理論和智能控制策略來實現機器人的柔順運動。相關研究表明在自然界中經過長時間的進化后,人體已經形成了一套復雜的高級運動組織系統,其中包含的肌肉-骨骼系統能夠保證在運動過程中實現基于條件反射的快速響應動作以及持久穩(wěn)定的節(jié)律行為,并且在高級神經系統的控制下,還能夠根據環(huán)境條件的信息反饋做出適當的主動調整行為,具有很好的運動自發(fā)性和可控性。因而,可以通過模擬人體的關節(jié)驅動形式和動作姿態(tài)特點來實現機器人的運動柔順化。本文首先對SEA串聯彈性驅動器進行介紹,結合人體Hill型肌肉-肌腱組織模型探索出一種模仿肌肉力學結構及運動特征的彈性驅動方式...
【文章來源】： 大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：97 頁
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 研究背景與意義
1.2 國內外研究現狀
1.3 主要研究內容
1.4 本文組織結構
2 仿肌彈性驅動理論與應用
2.1 仿肌彈性驅動模型
2.1.1 SEA串聯彈性驅動器
2.1.2 仿肌彈性驅動關節(jié)
2.1.3 動力學分析
2.2 動力學仿真驗證
2.2.1 仿真建模
2.2.2驅動仿真實驗
2.3 二自由度仿肌彈性驅動機器臂
2.3.1 控制方法
2.3.2 仿真實驗
2.4 本章小結
3 多自由度仿肌彈性驅動機器人系統
3.1 人體運動系統建模
3.1.1 肌肉-骨骼運動系統
3.1.2 神經-肌肉-骨骼激勵系統
3.1.3 關節(jié)剛度計算方法
3.2 仿人雙足機器人運動系統建模
3.2.1 機器人運動仿真模型
3.2.2 機器人物理樣機
3.2.3 模糊PID控制方法
3.3 實驗驗證與結果
3.3.1 步行運動仿真
3.3.2物理樣機實驗
3.4 本章小結
4 仿肌彈性驅動中非線問題探討
4.1 單肌驅動非線模型
4.1.1 生物力學模型
4.1.2 輸入-輸出反饋線性化
4.1.3 模型預測控制
4.2 拮抗肌驅動非線模型
4.2.1 非線動力學模型
4.2.2 標準化模型
4.2.3 嚴格反饋形式
4.2.4 反演控制
4.3 本章小結
5 結論與展望
5.1 結論
5.2 創(chuàng)新點
5.3 展望
參考文獻
附錄 A 人體行走速度測量數據表
附錄 B 機器人角度檢測和擴展控制電路設計
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝
【參考文獻】：
期刊論文
[1]仿生靈感下的彈性驅動器的研究綜述 [J]. 魏敦文,葛文杰,高濤. 機器人. 2017(04)
[2]一種基于串聯彈性驅動器的柔順機械臂設計 [J]. 張秀麗,谷小旭,趙洪福,王昆. 機器人. 2016(04)
[3]運動生物力學仿真建模軟件LifeMOD和OpenSim的建模比較 [J]. 戎科,錢競光. 南京體育學院學報(自然科學版). 2015(05)
[4]新型串聯彈性驅動器設計與速度控制 [J]. 朱秋國,熊蓉,呂鋮杰,毛翊超. 電機與控制學報. 2015(06)
[5]基于包容球理論的大型槳葉去重平衡的優(yōu)化研究 [J]. 何福本,梁延德,孫捷夫,王治雄,郭超. 機械工程學報. 2015(11)
[6]基于SEA的機器人仿肌彈性驅動關節(jié)研究 [J]. 何福本,梁延德,孫捷夫,郭超. 中國機械工程. 2014(07)
[7]串聯彈性驅動器力驅動力學模型和穩(wěn)定性分析 [J]. 馬洪文,王立權,趙朋,俞林. 哈爾濱工程大學學報. 2012(11)
[8]磁旋轉編碼器在電動執(zhí)行器中的應用 [J]. 龐杰,李德明,曾碚勇. 沈陽航空航天大學學報. 2012(04)
[9]基于模糊PID的助行外骨骼機器人控制研究 [J]. 鐘翠華,沈林勇,任昭霖,邵文韞. 機電工程. 2011(07)
[10]雙剛度彈性驅動器力學特性頻域分析 [J]. 馬洪文,尹博,王立權,尹錚,宋揚. 中國機械工程. 2009(09)
博士論文
[1]采用串聯彈性驅動器的仿生腿足式機器人跳躍與自適應平衡控制研究[D]. 毛翊超.浙江大學 2018
碩士論文
[1]小型仿人機器人的控制與人體動作示教研究[D]. 石飛.上海交通大學 2013
[2]串聯彈性驅動器動力學模型及其特性分析[D]. 趙朋.哈爾濱工程大學 2012
本文編號：3481288
【文章來源】： 大連理工大學遼寧省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：97 頁
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
1.1 研究背景與意義
1.2 國內外研究現狀
1.3 主要研究內容
1.4 本文組織結構
2 仿肌彈性驅動理論與應用
2.1 仿肌彈性驅動模型
2.1.1 SEA串聯彈性驅動器
2.1.2 仿肌彈性驅動關節(jié)
2.1.3 動力學分析
2.2 動力學仿真驗證
2.2.1 仿真建模
2.2.2驅動仿真實驗
2.3 二自由度仿肌彈性驅動機器臂
2.3.1 控制方法
2.3.2 仿真實驗
2.4 本章小結
3 多自由度仿肌彈性驅動機器人系統
3.1 人體運動系統建模
3.1.1 肌肉-骨骼運動系統
3.1.2 神經-肌肉-骨骼激勵系統
3.1.3 關節(jié)剛度計算方法
3.2 仿人雙足機器人運動系統建模
3.2.1 機器人運動仿真模型
3.2.2 機器人物理樣機
3.2.3 模糊PID控制方法
3.3 實驗驗證與結果
3.3.1 步行運動仿真
3.3.2物理樣機實驗
3.4 本章小結
4 仿肌彈性驅動中非線問題探討
4.1 單肌驅動非線模型
4.1.1 生物力學模型
4.1.2 輸入-輸出反饋線性化
4.1.3 模型預測控制
4.2 拮抗肌驅動非線模型
4.2.1 非線動力學模型
4.2.2 標準化模型
4.2.3 嚴格反饋形式
4.2.4 反演控制
4.3 本章小結
5 結論與展望
5.1 結論
5.2 創(chuàng)新點
5.3 展望
參考文獻
附錄 A 人體行走速度測量數據表
附錄 B 機器人角度檢測和擴展控制電路設計
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝
【參考文獻】：
期刊論文
[1]仿生靈感下的彈性驅動器的研究綜述 [J]. 魏敦文,葛文杰,高濤. 機器人. 2017(04)
[2]一種基于串聯彈性驅動器的柔順機械臂設計 [J]. 張秀麗,谷小旭,趙洪福,王昆. 機器人. 2016(04)
[3]運動生物力學仿真建模軟件LifeMOD和OpenSim的建模比較 [J]. 戎科,錢競光. 南京體育學院學報(自然科學版). 2015(05)
[4]新型串聯彈性驅動器設計與速度控制 [J]. 朱秋國,熊蓉,呂鋮杰,毛翊超. 電機與控制學報. 2015(06)
[5]基于包容球理論的大型槳葉去重平衡的優(yōu)化研究 [J]. 何福本,梁延德,孫捷夫,王治雄,郭超. 機械工程學報. 2015(11)
[6]基于SEA的機器人仿肌彈性驅動關節(jié)研究 [J]. 何福本,梁延德,孫捷夫,郭超. 中國機械工程. 2014(07)
[7]串聯彈性驅動器力驅動力學模型和穩(wěn)定性分析 [J]. 馬洪文,王立權,趙朋,俞林. 哈爾濱工程大學學報. 2012(11)
[8]磁旋轉編碼器在電動執(zhí)行器中的應用 [J]. 龐杰,李德明,曾碚勇. 沈陽航空航天大學學報. 2012(04)
[9]基于模糊PID的助行外骨骼機器人控制研究 [J]. 鐘翠華,沈林勇,任昭霖,邵文韞. 機電工程. 2011(07)
[10]雙剛度彈性驅動器力學特性頻域分析 [J]. 馬洪文,尹博,王立權,尹錚,宋揚. 中國機械工程. 2009(09)
博士論文
[1]采用串聯彈性驅動器的仿生腿足式機器人跳躍與自適應平衡控制研究[D]. 毛翊超.浙江大學 2018
碩士論文
[1]小型仿人機器人的控制與人體動作示教研究[D]. 石飛.上海交通大學 2013
[2]串聯彈性驅動器動力學模型及其特性分析[D]. 趙朋.哈爾濱工程大學 2012
本文編號：3481288
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