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多关节外骨骼助力机器人发展现状及关键技术分析

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兵工学报 2016年第1期37卷 172-185页

作者：宋遒志王晓光王鑫汪阳北京理工大学机电学院北京100081 武汉理工大学信息工程学院湖北武汉430070

外骨骼助力机器人突破了传统运载工具易受地形条件影响的限制,在军用领域和民用领域都展现了巨大的应用前景,是当前各国研究的热点。从负重外骨骼助力机器人和康复外骨骼助力机器人两个方面,综述了国内外多关节外骨骼助力机器人的发展... 详细信息

外骨骼助力机器人突破了传统运载工具易受地形条件影响的限制,在军用领域和民用领域都展现了巨大的应用前景,是当前各国研究的热点。从负重外骨骼助力机器人和康复外骨骼助力机器人两个方面,综述了国内外多关节外骨骼助力机器人的发展现状。重点分析了人机匹配性设计、驱动方式、步态检测、人机协同行走控制策略以及助力效果评估等关键技术,并对多关节外骨骼助力机器人今后的研究方向及研究重点进行了展望。

关键词：控制科学与技术外骨骼助力机器人辅助设备多关节

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水下绳驱多关节机械手设计与控制研究

水下绳驱多关节机械手设计与控制研究

作者：欧定超湖南科技大学

学位级别：硕士

随着人类对海洋资源探采需求的日益增加,常通过水下机械手完成水下采样、水下生物探测、水下设备维修等工作。虽然传统水下刚性机械手具有作业能力强、效率高等优点,但其自由度数有限,不能有效满足水下狭窄空间作业的要求。而绳驱式多... 详细信息

随着人类对海洋资源探采需求的日益增加,常通过水下机械手完成水下采样、水下生物探测、水下设备维修等工作。虽然传统水下刚性机械手具有作业能力强、效率高等优点,但其自由度数有限,不能有效满足水下狭窄空间作业的要求。而绳驱式多关节机械手,由于自由度数高,它具备良好的避障和负载抓取能力,为此,本文设计了一种可用于水下作业的绳驱多关节机械手,对机械手驱动系统、机械臂及机械爪手进行了结构优化和模块化设计,对主要器件进行了计算选型。而后,对机械臂进行了运动学分析,完成了工作空间位姿、关节角及绳长变化量三者映射关系推导。对机械臂的关节角和绳长变化量进行了离线规划,获得了关节角和绳长变化量的离散序列,最后,集成了机械手控制系统,完成水下绳驱多关节机械手样机组装,进行了平面摆动试验。本论文主要研究内容如下:首先,阐述了水下绳驱多关节机械手研究背景及意义,对比介绍了水下刚性机械手和绳驱高冗余度机械手的研究现状,归纳了水下绳驱机械手在结构设计、驱动方式和控制方法等方面的难点,并概述了论文的主要研究内容,获得绳驱式多关节机械手设计的过程。其次,基于机械手负载能力、轻量模块化设计、密封性和材质诸多因素,提出了一种水下绳驱多关节机械手方案。完成其驱动系统、机械臂及机械爪手结构优化和模块化设计,绘制了零件工程图纸,并对驱动电机、滚珠丝杠、导轨滑块等主要部件进行了计算选型。接着,提出了绳驱多关节机械手运动学分析思路,建立运动学模型,获得4个D-H变量,求解出机械臂工作空间范围,再用ADAMS对机械臂进行运动仿真。再提出了一种基于空间球坐标求逆运动学法,求取了空间位姿与关节角的关系,而后对机械臂绳长变化量与关节角进行了分析,获得了绳长变化量与关节角的映射关系,最后获得了机械臂空间位姿、关节角及绳长变化量之间的解析式。再次,进行关节角、绳长变化量的离线规划和机械手运动控制研究。采用从单关节到多关节的方式,获得了关节角的离散时间序列,进而由关节角与绳长变化量的关系式,获得相对应绳长变化量,并作为电机控制指令。接着搭建了控制系统的硬件子系统,介绍主要硬件的功能,再编写了相应机械手运动控制程序,完成机械手控制层的设计。最后,完成机械手样机组装,并进行了平面摆动试验。总结了本文研究内容,以及获得的结论,展望了水下绳驱多关节机械手后续的研究工作。

关键词：绳驱机械手多关节运动学离线规划运动控制

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多关节柔性三坐标测量系统标定技术研究

哈尔滨工业大学学报 2008年第9期40卷 1439-1442页

作者：王学影刘书桂张国雄王斌天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为了克服传统的笛卡尔坐标测量系统的缺点,基于Denavit-Hartenberg方法建立多关节柔性三坐标测量系统的数学模型,提出了一种基于改进遗传算法标定技术,并通过采用改进多点交叉算子、自适应变异算子及两次最优保存策略,保证算法标定精度.... 详细信息

为了克服传统的笛卡尔坐标测量系统的缺点,基于Denavit-Hartenberg方法建立多关节柔性三坐标测量系统的数学模型,提出了一种基于改进遗传算法标定技术,并通过采用改进多点交叉算子、自适应变异算子及两次最优保存策略,保证算法标定精度.在Faro Platinum 4 ft平台上,通过反转法验证标定算法精确性,为进一步提高系统精度奠定了理论基础.

关键词：三坐标测量系统多关节遗传算法标定

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多关节柔性三坐标测量系统误差分析研究

传感技术学报 2007年第2期20卷 435-438页

作者：王学影刘书桂张洪涛张国雄天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为了克服传统三坐标测量系统的体积大、结构复杂、不能现场测量等缺点,研制开发一种新颖的基于旋转关节和转动手臂的多关节柔性三坐标测量系统.首先基于Denavit-Hartenberg方法建立了多关节柔性三坐标测量系统的理想数学模型,在考虑到... 详细信息

为了克服传统三坐标测量系统的体积大、结构复杂、不能现场测量等缺点,研制开发一种新颖的基于旋转关节和转动手臂的多关节柔性三坐标测量系统.首先基于Denavit-Hartenberg方法建立了多关节柔性三坐标测量系统的理想数学模型,在考虑到结构误差基础上修正得到误差模型,最后详细分析系统中影响测量结果的各种误差因素.仿真实验结果表明数学模型的正确性,并为进一步研究系统的误差补偿和提高测量精度提供了理论基础.

关键词：三坐标测量系统多关节误差模型误差模量

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多关节仿鱼运动推进机构的设计与实现

中国造船 2005年第1期46卷 22-28页

作者：张志刚喻俊志王硕桑海泉谭民中国科学院自动化研究所复杂系统与智能科学实验室北京100080

鱼类效率高、机动性强、持久力长的游动方式为人类水中运输设备提供了极佳的设计思路。通过模仿鱼类的运动方式 ,可设计出新颖的水下运输、作业装备。本文以仿鱼推进机构的设计和实现为目标 ,根据鱼类游动的特点 ,对其运动方式进行数字... 详细信息

鱼类效率高、机动性强、持久力长的游动方式为人类水中运输设备提供了极佳的设计思路。通过模仿鱼类的运动方式 ,可设计出新颖的水下运输、作业装备。本文以仿鱼推进机构的设计和实现为目标 ,根据鱼类游动的特点 ,对其运动方式进行数字模拟 ,分析影响其游动性能的关键参数 ,并建立鱼类游动的数学模型。据此给出了一种多关节仿鱼推进机构的设计方案 ,完成了辅助这种仿生推进机构设计的仿真软件。借助可视化的鱼类游动及控制的仿真 ,给出仿鱼推进机构的关键参数 ,并研制了采用鱼类游动方式运动的仿生机器鱼。

关键词：推进机构多关节设计与实现运动方式关键参数仿生机器鱼设计思路运输设备水下运输数字模拟数学模型设计方案仿真软件机构设计仿生推进鱼类游动机动性可视化

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多关节柔性机器人手臂的振动分析和振动控制

华中科技大学学报（自然科学版） 1990年第S3期26卷 223-228页

作者：孙健利华中理工大学机械工程一系

本文应用机电一体化的研究方法,推导了柔性机器人手臂的振动方程式,并结合控制系统,推导了机电系统的动态方程.对在任意位置上有集中质量的变截面桑性手臂进行了振动分析和数值仿真,并进行了实验验证.证明了本文的分析方法的妥当性和位... 详细信息

本文应用机电一体化的研究方法,推导了柔性机器人手臂的振动方程式,并结合控制系统,推导了机电系统的动态方程.对在任意位置上有集中质量的变截面桑性手臂进行了振动分析和数值仿真,并进行了实验验证.证明了本文的分析方法的妥当性和位置反馈的抑制技术是相当有效的.

关键词：机器人多关节柔性手臂振动振动控制位置反馈

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多关节色素沉着绒毛结节性滑膜炎一例

中华放射学杂志 2006年第12期40卷 1339-1340页

作者：高波沈桂权王学建贵阳医学院附属医院放射科

色素沉着绒毛结节性滑膜炎(pigmented villonodular synovotis,PVNS)是一种原因不明、不常见的良性增生性疾病.多发生于四肢大关节,以膝关节多见[1],而多关节同时发病非常少见[2-7].笔者遇到的1例同时累及单侧膝、踝关节的PVNS病例,现... 详细信息

色素沉着绒毛结节性滑膜炎(pigmented villonodular synovotis,PVNS)是一种原因不明、不常见的良性增生性疾病.多发生于四肢大关节,以膝关节多见[1],而多关节同时发病非常少见[2-7].笔者遇到的1例同时累及单侧膝、踝关节的PVNS病例,现报道如下。

关键词：绒毛结节性滑膜炎色素沉着多关节增生性疾病四肢大关节原因不明同时发病 PVNS

第315例多关节肿痛–皮下结节–左膝关节囊肿、褐色积液

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中华医学杂志 2014年第19期94卷 1514-1516页

作者：王立赵青孙乐吴庆军张文郑文洁张奉春中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院风湿免疫科风湿免疫病学教育部重点实验室北京协和医学院8年制2006级中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院内科

病历摘要患者女,52岁。因多关节肿痛24年,皮下结节、左膝关节肿痛加重1年余于2011年11月入住北京协和医院风湿免疫科。患者24年前开始先后出现双手多个近端指间关节(PIP)、掌指关节(MCP),双侧腕、肘、肩、踝、膝等关节肿痛,晨僵约30 mi... 详细信息

病历摘要患者女,52岁。因多关节肿痛24年,皮下结节、左膝关节肿痛加重1年余于2011年11月入住北京协和医院风湿免疫科。患者24年前开始先后出现双手多个近端指间关节(PIP)、掌指关节(MCP),双侧腕、肘、肩、踝、膝等关节肿痛,晨僵约30 min。此后症状反复出现逐渐加重,出现双手、足小关节畸形,未正规诊治,间断用"民间偏方"治疗。2010年3月左膝关节红、肿、热、痛加重,影响日常活动,双前臂

关键词：多关节肿痛一皮下结节左膝关节囊肿

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四自由度多关节机器人自适应控制系统的研究

机器人 1991年第6期13卷 40-44页

作者：罗绍维吴振顺哈尔滨工业大学流体传动及控制教研室

本文根据自适应控制理论对四自由度多关节机器人自适应控制系统进行了设计与研究。文中提出的自适应控制方法和控制规律简单易行,显著地缩短了控制计算时间。也可推广到其他的控制系统上使用。

关键词：机器人控制系统自适应多关节