晋中1218E006B 12/3 SC2402P电机
本文研制了外观曲率连续的绳索驱动超冗余机械臂,具有良好弯曲特性和极其灵活的运动能力。根据狭小空间作业的应用需求,分析了机械臂的功能和性能指标要求,设计了一套超强运动能力的绳索驱动超冗余机械臂。该机械臂由10个模块化双自由度关节、绳索装置、传动机构以及驱动控制箱组成,具有20个自由度的运动能力。faulhaber电机、传动机构及控制箱(机电部分)集成在根部并封装在一个箱体中,作业段(称为操作臂)仅包含连杆和万向节,大大减轻了运动载荷,提高了传动效率。为实现多个自由度的协同控制,开发了具有三层架构的控制系统,即远程遥控与层层、规划与控制层以及运动执行层,具有CAN总线、串口转USB及NRF无线通信等模块。
FAULHABER 微型电机（micro-motor），是体积、容量较小，输出功率一般在数百瓦以下的电机和用途、性能及环境条件要求特殊的电机。全称微型特种电机，简称微电机。常用于控制系统中，实现机电信号或能量的检测、解算、放大、执行或转换等功能，或用于传动机械负载，也可作为设备的交、直流电源。
本文首先利用工业机器人专用faulhaber电机D-H方法建立四轮月球车在滑移条件下的正、逆运动学模型,该运动学模型可以很好的反映出月球车在崎岖地形中的位姿以及车体与车轮之间的速度关系,为四轮月球车的运动控制奠定了理论基础。由于月球车在实际行驶过程中存在各种滑移,导致其行驶路径偏差,为了有效的提高月球车在滑移路况中的路径跟踪精度。本文提出一种具有滑移补偿功能的路径跟踪算法。该算法基于受非完整约束情况下的运动学模型,利用前车轮进行路经跟踪,后车轮补偿滑移误差的控制策略,通过实时测量和估计车体质心和路径参考点之间的距离、航向误差和车体滑移角,结合一种非线性控制率,减小位置和航向误差。通过理论证明该算法理论上能有效地补偿月球车由于侧滑及车轮的打滑和转向滑移引起的路径误差。
研究内容和成果包括:(1)介绍能量收集、能量收集与结构振动控制相结合研究的背景和现状,说明了能量收集与结构振动控制研究的前景。(2)对本文所设计的能量收集装置组成、运行原理进行了简要的介绍,简单阐述了能量收集单元与传统型调谐质量阻尼器相结合的基本模型。(3)通过MTS材料试验机,进行不同工况下大量的实验,对两种直线滚动导轨的力学性能进行了完整的分析,得出两种不同直线滚动导轨的力学组成成分,提出了相关的滚动导轨力学模型。并通过参数拟合后对比了理论计算值与实验值具有较好的的吻合程度,验证了该模型的准确性。(4)介绍了faulhaber电机的基本数学模型,建立了能量收集单元力学模型、simulink仿真模型,分析了能量收集单元中各参数对力学性能的影响及能量收集状况。
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仿人灵巧手作为服务机器人专用faulhaber电机常见的末端机构,相比于特制末段工具具有更强的灵活性和扩展性,但现今只能进行简单的抓取等动作,面对复杂的操作任务往往需要辅助设备。其控制系统的实时性和精确性也是决定仿人灵巧手控制系统的重要因素。本文综合当前钢丝绳驱动仿人灵巧手控制系统的研究,分析钢丝绳驱动仿人灵巧手的运动方式以及基于指尖位置和关节角的灵巧手控制方法,针对钢丝绳驱动仿人灵巧手进行控制方法研究与控制系统软硬件设计。从灵巧手手指运动学角度,本文研究基于关节角映射的“N+1”式钢丝绳控制方法,提出改进式灵巧手控制方法。控制系统通过位置传感器、一维力传感器和三维力传感器采集状态信息,对仿人灵巧手进行位置反馈控制。
研究采用的是一种双边策略，患侧由机械设备带动通过复制健侧的运动信息实现随动，达到运动系统的复健。由惯性传感器MTx采集健侧运动关节角度作为运动控制信息。为了能够对于运动能力及意图进行理解，引入了肌电信号来代替MTx传感器。文章提出的利用EEMD自适应分解并结合参数熵对蕴藏在肌电信号中的运动信息进行深层次的挖掘，与MTx采集数据对比，在肘部运动连续运动过程中实现了平均82%的识别准确率，证实了肌电信号能够对控制、状态进行有效的评估。为了便于控制可视化，后期利用Kinect实现了视觉传感，并通过骨骼追踪方法构建人体三维空间模型，实现人体上肢动作的识别并结合Fugl-meyer评价准则进行自动打分，文章中利用RGB-D图像特征完成关节在三维空间里的定位。
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FAULHABER通过拉格朗日方程分析传统重力平衡串联水光仪专用faulhaber电机和未平衡串联水光仪专用faulhaber电机动力学方程差异,可知添加弹簧能够改善水光仪专用faulhaber电机动力学性能。改变弹簧刚度、安装位置及角度中的任意参数均能调整水光仪专用faulhaber电机重力平衡效果。利用能量守恒原理推导出刚度矩阵形式的弹性势能和重力势能,并分析弹性刚度矩阵分量矩阵中元素符号和数值分布特性,以此为基础总结出实现水光仪专用faulhaber电机重力平衡弹簧安装的四个必要条件。然后,对影响水光仪专用faulhaber电机重力平衡的因素进行理论分析,结果表明弹簧安装方式对重力平衡效果影响显著。
FAULHABER根据重力平衡控制系统特点,采用PID控制方案建立了直流伺服faulhaber电机的控制系统数学模型,并利用该模型在MATLAB/Simulink中进行了仿真,仿真结果表明重力平衡明显提升了控制系统动态性能。设计了等比例缩小双关节水光仪专用faulhaber电机虚拟样机,并在ADAMS中对水光仪专用faulhaber电机在不同末端负载情况下进行了多组动力学仿真,仿真结果与本文基于刚度矩阵所建立的重力平衡理论结果吻合。后,以双关节水光仪专用faulhaber电机虚拟样机为基础搭建了双关节水光仪专用faulhaber电机重力平衡实验平台,用LABVIEW设计了实验平台上位机,并对双关节伺服faulhaber电机进行了调试。
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关节式履带移动机器人专用faulhaber电机自主越障行为控制当今的移动机器人专用faulhaber电机导航研究在较为平整的地面环境中的应用已经取得了很多成功。但是,针对存在着典型障碍物环境中的自主越障控制的研究不多见。为了满足和工业应用对机器人专用faulhaber电机的越障性能和执行效率的要求,有效地提高移动机器人专用faulhaber电机自主越障能力。本文针对爬楼梯这类常见的越障任务,提出了一种关节式履带移动机器人专用faulhaber电机基于反应式行为的自主越障控制方法。首先,针对自主爬楼梯的要求,对实验室自研的关节式履带移动机器人专用faulhaber电机进行了适当的改造。结合履带机器人专用faulhaber电机结构参数和楼梯环境设计了一种由可旋转式激光雷达和惯性测量单元构成的越障环境感知系统,设计了与之相匹配的运动控制系统,并对机器人专用faulhaber电机进行了运动学建模。
引入曲线矩和仿射不变矩作为手势表观轨迹特征。针对特征空间中手势样本的不规则分布,提出了多变量分段线性决策树分类器,与通常的多变量决策树相比,树的规模更小,泛化性能更好。研究了基于手势交互过程中的机器人专用faulhaber电机头眼协调运动问题。人机交互是一个双向的过程,机器人专用faulhaber电机需要对用户的手势作出反应,在多自由度的头眼系统上,为了保证交互的连续性和成像的清晰性,需要有效地协调头和眼的运动。通过使机器人专用faulhaber电机双眼聚焦在同一个注视点,得到注视点的空间坐标和头眼的期望运动转角;研究了机器人专用faulhaber电机头部转动时双目的补偿运动模型及相应的控制算法。建立了一个6自由度的仿人机器人专用faulhaber电机头部系统平台,从仿生学角度来说,这6个自由度的运动具有代表性,并且精简地模拟出人类头部的主要运动形式。
机器人专用faulhaber电机作为以人体,尤其是以病患个体为作用对象,辅助或替代执行患肢训练为目的的机器人专用faulhaber电机系统,不同于传统工业机器人专用faulhaber电机,在实现基本功能的条件下,其设计和控制须充分考虑人体安全性、操作的可行性、系统性、可接受性及主动参与性等因素。在黑龙江省科技攻关重点项目支持下,针对应用需求,对上肢机器人专用faulhaber电机系统设计、上肢机器人专用faulhaber电机的表面肌电控制、上肢机器人专用faulhaber电机的力控制及偏瘫上肢训练策略等方面进行研究,为机器人专用faulhaber电机系统设计及训练奠定理论及技术基础。首先以人体上肢解剖学及运动理论为依据,从的安全性、有效性、实用性及舒适性角度提出对上肢机器人专用faulhaber电机机构、控制、传感器等方面的设计要求。
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