基于非接触自适应阻抗控制的液压机械臂主/被动联合柔顺控制

本文引入非接触阻抗控制理论对间接自适应阻抗控制进行改进从而获得非接触自适应阻抗控制。借助MATLAB/simulink仿真平台,将非接触自适应阻抗控制作为液压机械臂的主动柔顺控制并与关节的被动柔顺控制相结合,从而实现对关节的主、被动联合柔顺控制。仿真结果表明,主、被动联合柔顺控制效果较理想,可使机械臂在与环境接触时兼具较好的运动性能与较高的安全性能。     

液压伺服柔顺关节的变刚度设计与研究

为了提高输出力矩较大的机械臂类机器人的人机物理接触安全性,本文设计了一种大转矩、刚度可连续变化的液压伺服柔顺关节。首先介绍了关节的结构、伺服机理以及阀控泄漏流量调节关节刚度的原理,然后建立了具有阀控泄漏流量的关节动力学模型,最后借助MATLAB/Simulink工具箱建立关节系统模型,研究了阀控泄漏流量对关节动态特性和刚度的影响。模拟结果表明,随着阀控泄漏流量的增加,系统的位置跟随性变差,位置误差相应增大,关节的刚度则随之降低。     

液压足式机器人单腿等效模型的柔顺性弹跳研究

基于弹簧负载倒立摆的足式机器人单腿等效模型是移动机器人领域重要的步态分析模型. 液压足式机器人由于其超强的负载能力以及高动态性能而越来越受到重视. 液压驱动的弹簧负载倒立摆模型作为液压足式机器人关节型机械腿的单腿等效模型,对于液压足式机器人的步态研究具有重要的意义. 本文考虑液压驱动的弹簧负载倒立摆单腿等效模型的单自由度弹跳问题,提出了一种基于主动柔顺的弹跳控制方法,依次对单腿等效模型着地相下降阶段和着地相上升阶段进行独立控制,仿真分析了相关系统参数对弹跳性能的影响,实际弹跳实验表明本文提出的方法能够减小着地冲击力,同时能够对弹跳高度进行有效控制.      

柔顺铰链连杆机构的位移计算

针对柔顺机构柔性构件的特点,研究了非迭代的一步计算方法在柔顺铰链连杆机构的应用问题,利用线性方法分析了柔顺铰链连杆机构位移,导出了正确的公式,给出了一个算例．     

机器人远中心柔顺手腕的参数优化

在机器人准静态插销入孔装配作业过程和柔顺装置刚度矩阵分析基础上，提出层叠型弹性元件被动柔顺手腕的优化设计方法，此方法把优化过程分为性能参数优化和结构和参数优化两步，并使用非线混合离散变量算法，实际算例证明此法灵活有效。     

柔顺铰链连杆机构的位移计算

针对柔顺机构柔性构件的特点,研究了非迭代的一步计算方法在柔顺铰链连杆机构的应用问题,利用线性方法分析了柔顺铰链连杆机构位移,导出了正确的公式,给出了一个算例．     

轻型柔顺机械臂结构设计与控制

为了使机械臂具有较好的位置跟随性和人机交互时的安全性,设计了一款3DOF的轻型柔顺机械臂.采用碳纤维材料实现轻量化,设计了串联弹性驱动器(SEA)实现机械臂结构的柔顺性.建立了3DOF轻型柔顺机械臂的运动学和动力学模型,并求解了工作空间;设计机械臂的位置控制实验,通过MTI位姿传感器来获取机械臂末端位姿,提出了MTI位置误差修正的方法.实验表明:当机械臂处于自由状态时,通过对比机械臂各关节和MTI末端位置的跟随性能,得知1,2,3各关节的位置跟随误差分别为7%,5%,2%,末端X,Y,Z3个方向的最大位置误差分别为19.25%,14.43%,6.4%,证明该机械臂末端具有较好的位置跟随性.     

柔顺机构自由度的一种计算方法

针对柔顺机构构件的特点 ,通过分析段和段的自由度及段间联接的类型 ,提出了一种简便的柔顺机构的自由度计算公式 ,并给出了例子 ,表明它能快捷地确定柔顺机构的自由度 .     

空间五指灵巧手单指力柔顺控制系统设计

为了可靠稳定地抓握物体,空间五指灵巧手大多采用主动柔顺控制方法。针对单指研究了腱空间和关节空间两种阻抗控制方法。基于所研制灵巧手系统参数建立的动力学模型,对两种方法进行了仿真分析。仿真结果验证了腱张力分配算法和两种控制器设计的有效性。关节空间控制方法消除了耦合效应,从而具有更好的跟踪性能。     

基于串联弹性驱动器的并联柔顺手腕的设计

通过分析人体腕关节的组织结构和运动特性,设计了具有柔顺性的3SPS-1S并联机器人手腕机构.3条移动副支链作为驱动,在驱动支链中加入串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)来实现并联机器人手腕的柔顺性.建立了3SPS-1S并联机构的运动学逆解,推导雅可比矩阵,提出了确定SEA弹簧刚度的方法;基于位置补偿思想,实现柔顺手腕的位姿控制.通过实验验证了该机构对未知负载具有被动柔顺性,通过主动柔顺控制可以实现更高的主动柔顺性.     

智能材料模拟肌体组织柔顺性特征研究

针对微创手术训练中现存的柔顺性触觉再现设备大多是机械接触,模拟肌体组织柔顺性特征时容易产生失真的问题,开展了液体智能材料模拟肌体组织的柔顺性特征研究.简单介绍了液体智能材料的流变学特性,进行了体现其柔顺性特征的压力释放实验研究,根据实验结果,利用Kelvin模型建立了其压力释放模型并进行了验证.利用不同磁场作用下液体智能材料模拟不同肌体组织柔顺性实验,建立了肌体组织压力释放模型并与相应磁场作用下智能材料模型进行了比较.结果表明液体智能材料在较大程度上能够模拟肌体组织的柔顺性特征.     

基于一种碰撞检测算法的液压机械臂柔顺性分析

为了提高液压机械臂的人机物理接触安全性,本文提出一种基于碰撞检测算法的柔顺性评价方法,首先设计了一种动量偏差观测器用于在无外加传感器的条件下间接获取碰撞力,然后借助机械臂碰撞仿真系统对动量偏差观测器的有效性进行验证,最后建立了外力矩观测值与机械臂柔顺性相关参数的多元非线性回归模型.结果表明,通过动量偏差观测器能够准确观...     

六杆柔顺机构的伪刚体模型

设计了一种六杆柔顺机构,建立了该机构的伪刚体模型,伪刚体模型显示该机构由两个柔顺滑块机构串联而成.根据伪刚体模型对该六杆柔顺机构进行了变形分析,推导出六杆柔顺机构伪刚体模型的力-位移关系的一般理论计算公式,进而得到该机构实例的分析结果.用ANSYS软件对该设计实例进行了力-位移关系的有限元仿真分析,同时加工制造出该设计实例的实物模型并进行了实验测量.对理论计算结果、仿真分析结果和实际测量结果进行了比较,三种方法所得结果基本一致,表明了理论公式的推导与分析是正确的,仿真建模分析也是正确的,并且该实例的设计是可行的,达到了设计目的.     

多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法研究

针对传统机械手腕关节控制方法稳定性低和灵活性差的弊端,提出一种新的多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制方法。介绍了多自由度机器人关节系统,按动力学系统组建机械手腕关节的动力学模型,采用拉格朗日方法获取动力学方程。介绍了PD手腕关节位置控制方法,在此基础上通过改进纯积分力控制方法实现多自由度机器人机械手腕关节柔顺控制。分析了机械手腕关节混合位置/力矩控制过程,通过差动机构控制两个驱动器,使其完成机械手腕关节外展/内收和伸展/翘曲两个自由度,提高机械手腕控制灵活性。实验结果表明,所提方法控制精度和稳定性高,能够保证机械手腕关节的灵活性。     

柔顺机构的机械效益

用能量法详细推导了单输入单输出柔顺机构的机械效益的计算公式 ,并根据不同的边界条件 ,对该公式的使用提出了明确的意见 ;同时还提出了单输入双输出和双输入单输出柔顺机构的机械效益的概念 ;最后还建立了以柔顺机构的机械效益为目标函数的约束最优化设计的数学模型 图 3,参 5     

洁净机械手手臂柔顺度计算方法

该文以SCARA型手臂作为研究对象,构建轴承受力计算模型,利用赫兹接触理论计算负载引起的轴承变形量.将结果与手臂有限元分析结果叠加,最终求出机械手手臂柔顺度.通过实验值和理论计算值对比,计算值误差仅为3％,计算方法满足机械手手臂柔顺度产品开发需要.     

基于拓扑优化实现平面可控轨迹输出的柔顺机构设计

结合弹簧模型、变密度法和拓扑优化工具,研究了实现平面可控轨迹输出柔顺机构的设计方法.建立了单输入多输出和两输入两输出柔顺机构的优化模型,设计出轨迹输出机构.优化问题的求解采用移动渐近线法(MMA),数值问题的处理使用网格独立滤波法.对设计结果的仿真分析表明:采用线弹性模型对部分小变形柔顺机构进行拓扑优化设计是可行的;拓扑优化方法是一种计算式设计方法,得到的是概念设计的结果,与实际应用存在一定差距.     

模糊控制在机器人柔顺装配中的应用

提出了一种模糊柔顺的控制方法来控制机器人的装配作业，本方法不需要装配作业的模型参数，省去了大量的计算，并且在控制过程中不需要引入受力信息的变化量，实验证明，这种方法实用性强，实时性好。     

六杆柔顺机构的伪刚体模型

设计了一种六杆柔顺机构,建立了该机构的伪刚体模型,伪刚体模型显示该机构由两个柔顺滑块机构串联而成.根据伪刚体模型对该六杆柔顺机构进行了变形分析,推导出六杆柔顺机构伪刚体模型的力-位移关系的一般理论计算公式,进而得到该机构实例的分析结果.用ANSYS软件对该设计实例进行了力-位移关系的有限元仿真分析,同时加工制造出该设计实例的实物模型并进行了实验测量.对理论计算结果、仿真分析结果和实际测量结果进行了比较,三种方法所得结果基本一致,表明了理论公式的推导与分析是正确的,仿真建模分析也是正确的,并且该实例的设计是可行的,达到了设计目的.     

柔顺机构疲劳可靠性及损伤识别研究进展

柔顺机构靠弹性变形来传递运动或力,因而疲劳是其主要失效模式,但其疲劳性能以及抗疲劳设计方法仍有待进一步研究.文中结合笔者及其课题组的研究成果,介绍了柔顺机构的主要设计方法,在综述名义应力法、局部应力应变法和应力场强法3种疲劳寿命预测方法的基础上,阐述了直圆型和叶型柔性铰链的疲劳寿命预测模型及尺寸参数对铰链疲劳寿命的影响,总结了柔顺机构疲劳可靠性的分析和优化设计方法,以及基于特征参数分解的柔顺机构损伤识别方法,并指出了柔顺机构疲劳可靠性及损伤识别的未来研究方向.