以漂浮基柔性关节空间机械臂为研究对象,在空间机械臂系统模型参数未知且存在外部干扰的情况下,结合系统动量守恒和拉格朗日方程建立了系统动力学方程,利用奇异摄动理论将系统分解为快变子系统和慢变子系统。设计了一种利用改进遗传算法(GA)优化神经网络权值的径向基函数神经网络自适应控制器,通过李雅普诺夫稳定性分析和MATLAB数值仿真分析,证实了所设计的控制器能够确保控制系统在更短的时间内达到稳定,并能够同时保证漂浮基柔性关节空间机械臂关节角和关节角速度均获得高精度的轨迹跟踪。

介绍了一种自主研发的新型关节,该关节主要有弹性气囊和约束元件组成,驱动装置和关节本体复合成一体结构,相当于三个人工肌肉并联,具有三个自由度,能够实现轴向伸长和空间任意方向的弯曲.对关节的轴向伸长和平面弯曲进行了实验研究,得到了关节变形特性曲线,为以后的进一步研究与应用奠定了基础.

为了解决拮抗式气动肌肉驱动关节的控制精度差、抗干扰能力弱以及外部扰动等问题,本文从气动肌肉驱动力模型出发,将气压、气体流率等因素纳入该模型,在该模型基础上采用了动态面控制方法,通过积分滤波器对虚拟控制的导数进行计算以达到消除微分项的膨胀,简化了控制过程,同时还根据K-观测器对柔性关节位置进行跟踪控制。实验结果表明,在该控制下关节具有良好的稳态性能,能够满足关节的安全性、柔顺性等要求。

针对气动柔性关机六足机器人腿部关节提升高度小、越障能力差的问题,设计了一种基于平行四杆机构的腿关节提升机构.搭建了运动学实验平台,并对样机进行运动学实验研究.实验结果表明:该提升机构能够有效的将腿部关节提升高度增加19 mm,使机器人越障能力扩大为原来的1.63倍,为气动柔性关节六足机器人的研究奠定了基础.

针对现有机械手柔性不足问题,提出一种新型的气压驱动的多指柔性机械手。采用自主研制的多驱动型单向弯曲柔性关节,设计了柔性气动拟人手指;采用模块化设计,将4个手指安装在拟人手掌上,构成了具有4个自由度的柔性机械手本体结构,达到了用少自由度机械手实现10余自由度机械手抓、握、捏、弹等功能。搭建机械手抓取实验系统,完成了机械手相关抓取实验。实验结果表明:该四指机械手能够对典型的物体形状如球形、圆柱形及异形物体等实现稳定抓取。

为了提高气动仿生六足机器人的灵活性,机器人腿部采用三自由度气动空间弯曲柔性关节驱动,腿部装有抬升机构,可改变腿部的抬升高度,调整机器人重心高度。建立了腿部抬升高度和步距模型,利用三维运动捕捉系统,获得机器人腿部抬升高度、关节形变和足部工作空间,并分析了六足机器人越障高度。通过理论计算和实验可知,机器人腿部运动灵活,可跨越高度为30 mm的障碍。该研究为气动柔性关节仿生六足机器人的步态规划和控制提供了参考。

采用自主研发的气动柔性关节,仿人手外形研制了一种新型柔性灵巧手。该机械手为人手的1.5倍,每根柔性手指由两个气动柔性关节组成,通过调节关节内气压控制手指形变实现机械手抓取物体。利用三维运动捕捉系统和机械手气动实验平台进行了不同气压下柔性手指的运动学实验,分析了机械手工作空间,并进行了机械手抓取实验。实验结果表明:该机械手具有较好的柔性和物形适应性可实现多种抓取模式和完成不同类型物体抓取;五指握取时可抓持最大物体直径为220 mm,最小物体直径为50 mm,质量为1 kg的物品。

本文设计了一种六足气动机器人,由本体、六条相同的腿部、足部等连接件组成。六条腿部对称呈对称分布与本体两侧。腿部具有柔性关节。通过控制向腿部气橡囊中通入气体的压力及方向的不同,可实现机器人腿部轴向伸缩和弯曲变形。并通过步态规划实现了机器人的前后移动,为气动柔性机器人的研究提供一定的理论基础。

针对柔性关节机器人具有不确定性、轨迹跟踪精度低和抖动的问题,提出一种改进模糊自适应补偿的PD控制方法。该方法在原有模糊自适应控制和PD控制的基础上进行改进,采用改进模糊自适应控制对PD控制进行补偿,以提高存在不确定性条件下的关节轨迹跟踪精度并抑制抖动。通过Lyapunov理论证明了系统的稳定性。仿真结果表明:新型控制器具有良好的自适应能力,与传统PD控制和模糊自适应控制相比,新型控制策略显著提高了关节的轨迹跟踪精度并在一定程度

为了提高刚柔耦合机械臂的运动精度,抑制由柔性关节引起的振动。根据＂线性扭簧模型＂和有限元法,推导出机械臂柔性关节和杆件的动力学模型,找寻刚柔耦合机械臂关节阻尼参数与末端振动位移的关系。确定关节阻尼取值范围并将其作为设计变量,设计目标为机械臂的末端振幅,进行优化。使用ADAMS对已建立关节阻尼优化设计模型的刚柔耦合机械臂进行优化设计,得到最小振幅时最优阻尼。对比并分析机械臂高速和低速两种工况下的结果,并对机械臂进行附加强迫振动分析。验证了柔性关节对高速和低速机械臂末端运动精度均有不可忽略的影响,为带有柔性关节机械臂抑制振动,提高精度提供理论依据。