外骨骼关节驱动神经网络滑模力控制研究

针对外骨骼机器人液压关节驱动系统具有非线性、不确定参数等特性,导致模型建立困难以及负重时具有不确定冲击扰动的问题,基于电液伺服系统特性,建立以弹性负载为外负载的数学模型。为减小负重时冲击扰动项对力控制的影响,引入径向基（RBF）神经网络对干扰项进行补偿,设计一种基于RBF神经网络的滑模力控制策略。通过系统特性进一步验证模型可行性,并进行仿真试验对比。结果表明：与PID控制相比,所设计的控制策略响应时间更短,跟踪误差缩小70.5%;变负载工况下,所设计的控制策略具有更好的跟随能力、更强的鲁棒性能,可以满足外骨骼机器人关节驱动的力控制要求。平台试验进一步验证了仿真结果的有效性与正确性。     

外骨骼机器人设计及其机械结构的有限元分析

为了提高士兵的承载能力,降低在运动过程中的能量损耗,设计了一种液压驱动的可穿戴外骨骼机器人,该外骨骼机器人下肢具有12个自由度。根据外骨骼机器人的功能和工作原理,分析了外骨骼机器人的关键部位,并设计了外骨骼机器人的各部分的尺寸。利用有限元软件ANSYS对外骨骼机器人进行建模,对下外骨骼机器人进行有限元静力学仿真,并对大腿部位进行瞬态动力学仿真。通过仿真研究分析,验证了机构设计的合理性,对外骨骼机器人的进一步研究提供了参考。     

一种新型助力携行下肢外骨骼设计及仿真

设计了一种非拟人型下肢外骨骼,主要是由座椅、髋关节、大腿部结构、膝关节、小腿部结构、踝关节和鞋子依次串联而成,采用电机驱动。对下肢外骨骼进行了自由度分配与结构分析,根据坐标变换,运用D-H法建立下肢外骨骼的运动学模型。建立了下肢外骨骼虚拟样机模型,利用多体动力学仿真软件ADAMS进行运动学仿真。仿真结果验证了理论模型的合理性,为后期进一步研究外骨骼提供了依据。     

柔性输电线-带电作业机器人刚柔耦合特性分析

输电线路带电作业机器人通过双轮行驶于高压电缆,刚性的机器人系统和柔性的输电线路之间构成了复杂的刚柔耦合系统,特别是在刚性系统和柔性系统的轮线接触处表现出较强的非线性复杂耦合特性。为保障机器人作业过程的稳定性,获取较好的作业动态性能,分别建立了柔性导线、刚性机器人以及柔性导线-刚性机器人的耦合动力学模型。基于该模型,在ADAMS中分几种不同典型工况对带电作业机器人线上作业行为的动力学特性进行了仿真研究。通过仿真特性曲线一方面验证了刚柔耦合动力学模型的有效性,另一方面通过仿真模型得到了合适的机器人动力学参数,从而实现机器人作业优化与控制。最后在带电线路进行现场引流板紧固作业试验,结果也验证了所提出的刚柔耦合动力学模型的工程实用性。     

下肢外骨骼机器人设计及实验研究

为实现下肢残障者的运动康复,设计液压驱动的下肢外骨骼机器人机构。针对下肢外骨骼的运动跟随需求,提出一种滑模控制器,并进行了控制仿真模拟。仿真结果表明：外骨骼采用该控制算法能较好地实现位置跟踪。基于dSPACE硬件在环实时仿真系统搭建了下肢外骨骼系统,进行了空摆实验、被动跟随实验及主动跟随实验。实验结果表明：设计的下肢助力外骨骼机器人能够为穿戴者提供助力,外骨骼样机的整体稳定性较好,对穿戴者具有良好的跟踪性能与快速响应性。     

液压驱动型负重外骨骼机器人液压系统设计

从人体运动特征出发,分析了液压驱动负重外骨骼机器人的整体骨架结构。根据负重外骨骼机器人的特点要求设计了一套完整的液压传动系统,对液压系统中液压泵、伺服阀和液压缸等主要元件进行了选型计算。利用Simhydraulics软件建立了负重外骨骼机器人液压系统仿真原理图,并对液压系统进行了仿真分析研究,由仿真结果证明了所设计液压系统的合理性。最后对液压驱动型负重外骨骼机器人技术面临的挑战进行了分析,为该液压系统的深化设计提供了参考。     

六自由度肩关节康复机器人设计与仿真

针对肩关节运动损伤康复训练问题,通过分析肩关节的运动方式,设计一种外骨骼肩关节康复机器人。对机器人的整体样机机械结构进行简单建模设计,并解决了肩关节旋转中心瞬时可变性的问题;通过D-H法推导出机器人运动学方程,并通过MATLAB验证了运动学方程的正确性。利用ADAMS软件中建立的虚拟样机模型,对机器人进行运动学和动力学的仿真,得到各关节角速度与时间的关系和各关节的驱动力矩曲线。最后通过蒙特卡洛法,计算出机器人末端运动的位置云图,得到机器人末端的运动范围。仿真分析验证了机器人结构的可行性和运动学方程的正确性,可以实现康复目的。     

下肢外骨骼电液伺服控制系统的设计与仿真

根据已设计出的下肢外骨骼模型以及由公式推出的外骨骼运动特性,设计液压缸的负载轨迹情况;对液压控制系统进行静态特性和动态特性分析,确定出液压系统的参数;通过用Simulink仿真对P控制、PI控制、PID控制3种方法进行比较,最终确定利用PID控制方法驱动下肢外骨骼运动。     

基于心肺复苏用途的上肢外骨骼助力机器人仿真研究（英文）

针对心肺复苏助力用途,设计了一种新型的上肢外骨骼助力机器人。以D-H矩阵为基础建立了上肢外骨骼助力机器人的运动学方程,得到机器人末端点的位姿矩阵并验证,利用代数解法求得逆运动学。通过Matlab编程求解出上肢外骨骼助力机器人的可达工作空间。运用ADAMS对机器人进行了运动学和动力学仿真,证明了结构的合理性以及运动学的正确性,同时动力学仿真得到的各关节最大力矩为电机选型和后续的运动控制提供依据。     

基于心肺复苏用途的上肢外骨骼助力机器人仿真研究

针对心肺复苏助力用途,设计了一种新型的上肢外骨骼助力机器人.以D-H矩阵为基础建立了上肢外骨骼助力机器人的运动学方程,得到机器人末端点的位姿矩阵并验证,利用代数解法求得逆运动学.通过Matlab编程求解出上肢外骨骼助力机器人的可达工作空间.运用ADAMS对机器人进行了运动学和动力学仿真,证明了结构的合理性以及运动学的正确性,同时动力学仿真得到的各关节最大力矩为电机选型和后续的运动控制提供依据.     

改进型Delta并联机构的弹性变形分析与仿真

利用机构外载荷作用下势能Hessian矩阵定义改进型Delta并联机构的刚度,并建立考虑机构形位变化和外载荷作用下各构件弹性变形的机构刚度映射模型,进而利用该模型得到不同运动位姿和不同外载荷下,机构末端的弹性变形。同时,结合ADAMS软件的ADAMS/flex模块产生柔性体,通过替换原有的刚性体为柔性体,建立改进型Delta并联机构刚柔混合体虚拟样机,借助虚构件实现添加驱动和各个构件之间的运动副,最后仿真出不同位置和外载荷条件下机构的弹性变形,从而实现相互验证上述理论计算和仿真的正确性。     

下肢外骨骼机器人结构设计与运动稳定性研究

为帮助下肢瘫痪人群恢复行走功能,设计出一款下肢外骨骼机器人。依据人体运动机制对各个关节的自由度进行了设计,确定了主动关节和被动关节类型并选用合适的驱动方式,详细介绍了主要部位的结构设计。论述了机器人的工作机制以及工作方式。建立下肢外骨骼机器人的连杆模型,规划出关节运动轨迹并求解出各个关节旋转运动曲线。利用ADAMS仿真软件将所规划的步态曲线进行仿真分析,仿真结果表明:各个关节运动曲线柔顺平滑,无明显冲击。在一个周期内,与理论计算值相比,各个关节的角度仿真值误差均小于±1.5°,在合理误差范围之内。利用COG理论验证步态轨迹的动态稳定性,证明了所规划的步态曲线的合理性。     

混合动力机器人加工动力学模型及优化设计研究

针对加工用混合动力机器人结构，提出混合机器人动力学模型和优化设计方法。建立混合机器人的动力学模型，综合考虑了机器人工作空间/机器体积比、横向刚度和低阶模态3个性能指标，分析设计变量对性能指标的影响。在此基础上制定机器人内部并联机构的设计问题和综合设计策略，对机器人的结构进行优化。通过搭建多自由度混合机器人加工实验平台，结果表明所设计的混合机器人在较大的工作空间内具有良好的静态和动态特性，验证了所提模型的合理性。     

直驱式比例阀在粉末冶金压机中的应用仿真

针对粉末冶金液压机的应用需求,研究了直驱式比例阀在液压机中的应用。基于AMESim建立了某型直驱式比例阀的模型,按照实际的比例阀的电磁铁特性、阀的参数设定了模型参数,仿真结果验证了阀的特性符合实际比例阀的特性。在此基础上,建立了冶金压机的模型,对压机系统进行了仿真,验证了压机的性能满足系统的需求,证明该阀在压机中应用的可行性。     

配电网作业机器人协调控制动力学模型研究

针对配电网人工检修作业风险高、效率低的特点,提出一种新型配电网检修作业机器人的结构模型。在该机器人结构基础上,建立工作机器人与工作物体之间闭合链的关节动力学模型,分别得到不同工作模式下的系统动力学方程;设计机器人的力-位置混合协调控制系统,提出闭环内力的动态分配方法,并通过仿真实验和现场运行验证了力-位置混合协调控制可以有效降低机器人操作过程中的闭环内力,表明该机器人能有效实现机器人的剥线、修线、连线等配电检修功能。