隨著技術(shù)的發(fā)展,機器人越來越多的應(yīng)用在生活服務(wù)、醫(yī)療輔助以及外骨骼等人機交互需求高的領(lǐng)域。傳統(tǒng)的剛性機器人無法保證物理性交互安全,如何提高人機柔順交互成為亟需解決的問題。人體關(guān)節(jié)系統(tǒng)采用肌肉作為柔順驅(qū)動源并具有自適應(yīng)剛度調(diào)節(jié)功能,具有高柔順交互能力。本文基于人體仿生學(xué)原理開展機器人柔順技術(shù)研究,設(shè)計了一種變剛度柔順機器人關(guān)節(jié),利用表面肌電信號作為人體剛度信息的載體,提出物理性人機柔順交互控制策略,從機械本體和控制上提高人機交互時的柔順性。本課題主要研究內(nèi)容如下:基于人體肘關(guān)節(jié)的仿生學(xué)原理,設(shè)計了一種變剛度柔順機器人關(guān)節(jié)SoftJoint I,以周向布置的線性彈簧構(gòu)成旋轉(zhuǎn)SEA柔順驅(qū)動模塊,與電機串聯(lián)實現(xiàn)關(guān)節(jié)的柔順驅(qū)動;通過前后對稱布置的可調(diào)彈性帶模擬關(guān)節(jié)肌肉的拮抗作用,調(diào)節(jié)彈性帶長度實現(xiàn)關(guān)節(jié)剛度的調(diào)節(jié);完成了 SoftJoint I樣機的工程設(shè)計及加工裝配�；陟o力學(xué)分析,推導(dǎo)出關(guān)節(jié)傳動剛度與剛度調(diào)節(jié)電機主動調(diào)節(jié)量、關(guān)節(jié)角位移以及形變角之間的映射關(guān)系,建立了柔順關(guān)節(jié)的剛度數(shù)學(xué)模型。設(shè)計關(guān)節(jié)特性測試實驗,驗證關(guān)節(jié)的變剛度特性以及關(guān)節(jié)剛度理論模型的正確性,實驗結(jié)果表明樣機具有較好的剛度響應(yīng)...

【文章頁數(shù)】：107 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
1 引言
    1.1 課題研究背景
    1.2 課題研究意義
    1.3 協(xié)作機器人市場現(xiàn)狀及機器人柔順技術(shù)研究現(xiàn)狀
        1.3.1 協(xié)作機器人市場應(yīng)用現(xiàn)狀
        1.3.2 機器人柔順技術(shù)的研究現(xiàn)狀
    1.4 生物信號在機器人領(lǐng)域的應(yīng)用
    1.5 主要內(nèi)容及章節(jié)安排
2 變剛度柔順機器人關(guān)節(jié)設(shè)計
    2.1 人體肘關(guān)節(jié)運動特性及尺寸分析
    2.2 變剛度柔順機器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.1 變剛度柔順關(guān)節(jié)整體設(shè)計
        2.2.2 柔順驅(qū)動結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.2.3 剛度調(diào)節(jié)模塊設(shè)計
    2.3 變剛度柔順關(guān)節(jié)剛度模型
    2.4 變剛度柔順關(guān)節(jié)中彈性元件的選擇
    2.5 變剛度柔順機器人關(guān)節(jié)剛度特性測試
        2.5.1 靜態(tài)剛度辨識實驗
        2.5.2 關(guān)節(jié)剛度階躍實驗
        2.5.3 余弦位置跟隨實驗
    2.6 本章小結(jié)
3 基于表面肌電信號的人體關(guān)節(jié)剛度建模
    3.1 人體關(guān)節(jié)剛度的特性與測量方法
    3.2 人體表面肌電信號的采集與處理
        3.2.1 人體表面肌電信號的特點
        3.2.2 表面肌電信號的采集與處理
    3.3 基于表面肌電信號的人體上肢剛度模型
    3.4 本章小結(jié)
4 人機交互實驗平臺
    4.1 實驗平臺方案設(shè)計
    4.2 控制系統(tǒng)硬件選擇
        4.2.1 主控制器
        4.2.2 Arduino控制板
        4.2.3 驅(qū)動模塊
        4.2.4 傳感器
        4.2.5 通信模塊
        4.2.6 動力源
    4.3 實驗平臺控制系統(tǒng)搭建
    4.4 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計
    4.5 本章小結(jié)
5 人機關(guān)節(jié)剛度匹配算法研究與實驗
    5.1 基于人機關(guān)節(jié)剛度匹配的柔順控制策略研究
    5.2 人機關(guān)節(jié)剛度匹配實驗
        5.2.1 實驗設(shè)計
        5.2.2 靜態(tài)人機協(xié)作抬箱子實驗
        5.2.3 動態(tài)人機協(xié)作抬箱子實驗
    5.3 本章小結(jié)
6 總結(jié)與展望
參考文獻
作者簡歷及攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果
學(xué)位論文數(shù)據(jù)集



本文編號：3782085