绳驱动柔性上肢外骨骼机器人设计与控制

论文摘要

为了提高上肢外骨骼机器人的拟人化程度及关节柔性,设计了一种由串联弹性驱动器和鲍登线驱动的4自由度柔性上肢外骨骼机器人.首先,设计一种六连杆双平行四边形机构,建立肩关节虚拟转动中心,满足人体肩部3自由度运动需求.然后,设计基于串联弹性驱动器和鲍登线的驱动模块,将驱动器和机器人关节分离,降低结构的复杂度,减轻关节质量,实现力矩/位置信息的反馈.最后,构建机器人运动学及动力学模型,设计关节阻抗控制器并对样机肘关节进行阻抗控制实验.由实验结果可知,刚度系数在0.5 N·m/(°)～1.5 N·m/(°)时,力矩跟踪均方根为0.33 N·m;阻尼系数在0.001 N·m·s/(°)～0.01 N·m·s/(°)时,力矩跟踪均方根为0.57 N·m.实验结果表明,调节阻抗控制器中的阻抗系数能够改变关节的刚度和阻尼特性,从而提高人机连接的柔顺性.因此该机器人可以满足康复训练需求.

论文目录

• 1 引言（Introduction）
• 2 上肢外骨骼机构设计（The mechanical design of the upper limb exoskeleton）
•   2.1 肩关节机构设计
•   2.2 肘关节及腕关节机构设计
•   2.3 串联弹性驱动器设计
•   2.4 绳驱动设计
• 3 上肢外骨骼建模与控制（The modeling and control of the upper limb exoskeleton）
•   3.1 运动学建模
•   3.2 动力学建模
•   3.3 机器人关节阻抗控制器设计
• 4 样机试验（The prototype experiment）
•   4.1 样机平台
•   4.2 阻抗实验与结果分析
• 5 结论（Conclusion）

文章来源

类型: 期刊论文

作者: 孙定阳,沈浩,郭朝,肖晓晖

关键词: 上肢外骨骼机器人,肩关节机构,串联弹性驱动器,鲍登线驱动,阻抗控制

来源: 机器人 2019年06期

年度: 2019

分类: 信息科技,工程科技Ⅱ辑,医药卫生科技

专业: 临床医学,自动化技术

单位: 武汉大学动力与机械学院

基金: 国家自然科学基金(51605339),湖北省自然科学基金(2017CFB496),武汉市青年科技晨光计划(2017050304010304),中国博士后基金(2017T100573)

分类号: TP242;R496

DOI: 10.13973/j.cnki.robot.180750

页码: 834-841

总页数: 8

文件大小: 17695K

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