论文题目: 基于气动柔性驱动器的气动柔性关节及其应用研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 杨庆华
导师: 张立彬
关键词: 气动柔性驱动器,气动柔性弯曲关节,气动柔性球关节,三自由度气动柔性手指,人工手,控制策略
文献来源: 浙江工业大学
发表年度: 2005
论文摘要: 末端执行器作为机器人与环境相互作用的最后执行部件,对机器人智能化水平和作业水平的提高具有十分重要的作用。机器人末端执行器的研发一直受到了人们的极大重视。 气动人工肌肉作为一种新型的气动执行器(或驱动器),由于可以直接驱动、结构简单、动作灵活、易于控制、功率/重量比大等特点,国内外众多学者对其进行了大量的研究工作,在机器人领域的研究和应用有了较大的进展,并取得了初步的成效。本论文研究一种新的气动人工肌肉——气动柔性驱动器(FPA),并在此基础上研制适合于多指灵巧手设计的各种气动柔性关节即气动柔性弯曲关节、气动柔性球关节和气动柔性扭转关节以及气动柔性手指。论文在系统地综述了国内外机器人多指灵巧手及相关技术发展的基础上,完成了以下的系列研究工作。 首先,论文分析和对比了国内外研究的几种典型气动人工肌肉执行器,指出了它们各自的优点和不足。在此基础上提出了新型气动柔性驱动器,并以此为基础研制出了可用于模拟人体关节运动的气动柔性弯曲关节、气动柔性扭转关节以及气动柔性球关节。 接着,论文对基于FPA的气动柔性弯曲关节及其控制技术进行了研究。在分析弯曲关节变形的基础上,建立了其静态模型和动态模型;分别采用PID算法、模糊控制算法和神经PID控制算法对弯曲关节进行实验研究;理论分析和实验结果表明经典PID控制算法响应速度快、精度相对较低,在对响应时间没有苛刻要求的情况下,可以采用模糊控制、神经网络等智能控制技术,以进一步提高控制精度。 此外,论文对基于FPA的气动柔性球关节及其控制技术进行了研究。建立了该关节的静态模型和动态模型。利用霍尔元件设计了霍尔传感器,用于球关节位姿测控系统设计。并采用PID控制、模糊控制
论文目录:
浙江工业大学学位论文原创性声明
摘要
ABSTRACT
目录
CONTENTS
符号表
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 机器人多指灵巧手的发展
1.2.1 国外多指灵巧手的发展概况
1.2.2 国内多指灵巧手的发展概况
1.3 多指灵巧手驱动系统
1.3.1 机器人灵巧手驱动器分类
1.3.2 机器人灵巧手的传动系统
1.4 本课题的研究意义
第二章 气动柔性驱动器FPA及基于FPA的气动柔性关节
2.1 典型的人工肌肉驱动器
2.1.1 McKibben型PMA
2.1.2 Toshiba公司的三自由度FMA
2.1.3 旋转型气动柔性驱动器
2.1.4 典型人工肌肉驱动器的特点
2.2 气动柔性驱动器FPA
2.3 基于FPA的气动柔性关节简介
2.3.1 气动柔性弯曲关节
2.3.2 气动柔性扭转关节
2.3.3 气动柔性球关节
2.4 小结
第三章 气动柔性弯曲关节的数学模型与控制
3.1 气动柔性弯曲关节的数学模型
3.1.1 弯曲关节的工作原理
3.1.2 弯曲关节的静态模型
3.1.3 弯曲关节的动态模型
3.2 气动柔性弯曲关节的伺服控制系统
3.2.1 电—气比例伺服阀的质量流量特性分析
3.2.2 伺服控制系统动态模型
3.3 气动柔性弯曲关节控制算法研究
3.3.1 PID控制算法
3.3.2 模糊控制算法
3.3.3 神经PID控制算法
3.4 小结
第四章 气动柔性球关节的数学模型与控制
4.1 气动柔性球关节的数学模型
4.1.1 球关节的结构原理
4.1.2 球关节的静态模型
4.1.3 球关节的动态模型
4.2 气动柔性球关节的测控系统设计
4.3 气动柔性球关节的控制算法及实验研究
4.3.1 PID控制
4.3.2 模糊控制
4.3.3 模糊PID控制
4.4 小结
第五章 人类手指运动规律研究
5.1 人类手指关节的运动
5.1.1 手指的关节运动范围
5.1.2 单个手指运动的解析模拟
5.1.3 手指的运动轨迹方程
5.2 人类手指运动实验及结果分析
5.2.1 实验准备
5.2.2 实验过程误差分析
5.2.3 实验数据处理
5.3 小结
第六章 三关节气动柔性手指的模型与控制
6.1 三关节气动柔性手指的模型研究
6.1.1 三关节气动柔性手指结构设计
6.1.2 手指的位置运动学
6.1.3 手指的动态模型
6.2 三关节气动柔性手指的实验及分析
6.3 小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.2 后续研究工作的思路及方向
参考文献
致谢
攻读博士学位期间发表的学术论文及专利申请目录
发布时间: 2005-08-08
参考文献
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