基于滑轮组和永磁弹簧的变刚度关节设计与控制

作     者：张明 马鹏菲 孙凤 孙兴伟 徐方超 房立金 ZHANG Ming;MA Pengfei;SUN Feng;SUN Xingwei;XU Fangchao;FANG Lijin

作者机构：沈阳工业大学机械工程学院沈阳110870 东北大学机器人科学与工程学院沈阳110169 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2023年第54卷第1期

页      面：432-439页

核心收录：

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52005344、52005345) 辽宁省教育厅青年项目(LJKQZ2021044) 辽宁省科技厅面上项目(2022-MS-271) 国家重点研发计划项目(2020YFC2006701) 中央引导地方科技发展专项(2020JH610500048) 

主　　题：肘关节 变刚度 永磁弹簧 滑轮组 线绳驱动 

摘      要：基于永磁弹簧、滑轮组和类行星轮系结构提出了一种新型的绳索驱动变刚度机器人肘关节。阐述了关节中应用的原理和样机整体结构设计。利用模型间静力学关系和雅可比矩阵推导得到关节的刚度模型,并给出了关节刚度随磁弹簧刚度和关节位置变化规律。以变刚度关节的动力学模型为基础,设计了变刚度肘关节的刚度与位置解耦控制器。通过变刚度关节的刚度和位置解耦验证实验,验证了解耦控制器的准确性。通过轨迹跟踪实验,给出了关节刚度变化对关节位置控制的影响规律。本文提出的绳驱变刚度肘关节具有更轻的质量与结构,较好的刚度变化性能与运动精度。