腰部外骨骼机器人线性自抗扰控制器参数优化

针对腰部外骨骼机器人线性自抗扰控制器参数难以调整的问题,本文提出一种基于天牛须搜索的改进粒子群算法(PSO)。建立腰部外骨骼机器人模型,采用线性自抗扰控制器,进一步引入改进的PSO对其进行参数优化。该算法通过混沌初始化种群,提高粒子执行效率;采用非线性策略调整惯性因子和学习因子,加强粒子的搜索能力;引入天牛须搜索算法与PSO结合,并采用自适应权重,使得粒子可对周边环境进行较好地判断,避免粒子陷入局部最优。分别通过6个测试函数和建立系统评价指标进行仿真实验,结果表明所提出的算法有更好的收敛精度,优化后的控制器具有更好的控制性能。     

轻量型柔性下肢助力外骨骼的设计及性能实验

针对传统的外骨骼机器人存在的刚性结构、自重大、柔顺性差、穿戴舒适性差等问题,设计了一种轻量型柔性下肢助力外骨骼.该外骨骼通过鲍登绳装置和弹簧装置实现对踝关节的柔性助力,利用驱动系统的"单轮双槽"绕线盘实现单个电机对双腿的驱动,其稳定性通过有限元分析得以验证.在外骨骼的控制策略上,本文在电机系统的传统三环PID(比例-积分-微分)反馈控制的基础上,提出了基于电机转角和转速的PID控制策略和基于踝关节力矩的PID控制策略,通过Simulink和Simscape工具仿真验证了控制策略的可行性.最后,搭建了一台外骨骼样机并进行了性能实验,样机质量仅为3.095 kg,在本文设置的实验条件下,穿戴该外骨骼行走时人体代谢降低了15％,验证了该外骨骼设计的合理性,也表明该外骨骼相比传统外骨骼具有更好的助力效果.     

蒸汽发生器检测机器人运动分析与控制实现

在核电站蒸汽发生器复杂环境下,为准确控制机器人完成管板检测任务,提出了一种基于STM8处理器的爬壁机器人运动控制方法;针对机器人两个不同轴线驱动轮的结构特点,运用运动学理论建立了机器人运动方程,分析了机器人的运动特性;设计了爬壁机器人硬件控制电路,为提高机器人的控制精度,采用了位置环,速度环和电流环三环PID软件控制策略;最后,对此控制方法进行了相关实验验证;实验结果表明,爬壁机器人控制电路设计合理可靠,三环PID算法实现了较好的运动效果,满足设计要求.     

谐波减速器加速寿命试验方法研究

目前,工程中亟需一种谐波减速器加速寿命试验方法来替代全寿命试验,以减少试验周期和成本。基于加速寿命试验原理,提出了一种基于谐波减速器失效特性的恒定应力加速寿命试验方案,以谐波减速器最易发生失效的柔轮为对象,给出了确定失效判定、加速应力、加速系数、加速模型的方法。在小样本试验数据处理中,通过采用极大似然法和马尔科夫蒙特卡洛法得到了更为准确的威布尔分布参数估计。样机的实验结果表明该方案能有效描述谐波减速器的寿命,其基本额定寿命的可靠度评价标准比中位寿命的评价标准高出62%,有效地评估了谐波减速器的寿命指标,研究结果具有一定的工程应用价值。     

下肢负重外骨骼机器人的初步设计

研究设计了一种能够增强人体负重的下肢外骨骼机器人,该负重外骨骼机器人具有8个自由度,可实现髋关节的外展与内收、屈/伸运动;膝关节的屈/伸运动以及踝关节的弯曲运动;根据人体步态分析研究出各个关节的运动角度范围,结合目标负重进行结构优化设计;对机器人的结构进行简化,建立了外骨骼机器人的连杆模型,根据其几何关系,采用D-H准则对外骨骼机器人进行了数学建模;以计算机、六轴运动控制卡和STM32为核心构建了控制系统,结合ZMP (zero moment point)零力矩点稳定性判据及三次样条插值进行了步态规划,并将此步态规划应用于样机上;样机实验结果表明,此结构能够满足不同体型的人进行穿戴,并能够根据规划的步态轻松行走,验证了其结构和控制系统的合理性.     

基于视觉反馈的多机器人自重构系统研究

在执行特种任务时,为了能够实现自重构功能以适应复杂地形环境,多机器人必须拥有一套安全高效的自主对接分离系统.鉴于此,提出一种基于视觉反馈实时获取机器人相对位姿信息的方法,使控制机器人按照规划轨迹进行自主对接.首先,调整机器人对接尾座到达水平状态;然后,利用摄像头捕获到的标记板解算机器人的位姿信息;最后,控制机器人按照规划轨迹进行对接操作.独特的分离系统在多机器人出现故障时可做到实时分离,抛弃故障单元.经实验验证,自重构系统对接成功率高达97.3%以上,具有良好的鲁棒性.