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Trajectory tracking control of the bionic joint of the musculoskeletal leg mechanism
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作者 雷静桃 Zhu Jianmin Wu Jiandong 《High Technology Letters》 EI CAS 2017年第2期117-124,共8页
Pneumatic artificial muscles(PAMs) have properties similar to biological muscles,which are widely used in robotics as actuators.It is difficult to achieve high-precision position control for robotics system driven by ... Pneumatic artificial muscles(PAMs) have properties similar to biological muscles,which are widely used in robotics as actuators.It is difficult to achieve high-precision position control for robotics system driven by PAMs.A 3-DOF musculoskeletal bionic leg mechanism is presented,which is driven by PAMs for quadruped robots.PAM is used to simulate the compliance of biological muscle.The kinematics of the leg swing is derived,and the foot desired trajectory is planned as the sinusoidal functions.The swing experiments of the musculoskeletal leg mechanism are conducted to analyse the extension and flexion of joints.A proportional integral derivative(PID) algorithm is presented for controlling the flexion/extension of the joint.The trajectory tracking results of joints and the PAM gas pressure are obtained.Experimental results show that the developed leg mechanism exhibits good biological properties. 展开更多
关键词 musculoskeletal leg mechanism SWING bionic joint trajectory tracking proportional integral derivative(PID) control
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Design and Mechanics Simulation of Bionic Lubrication System of Artificial Joints 被引量:3
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作者 S. H. Su Z. K. Hua J. H. Zhang 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2006年第3期155-160,共6页
We propose a new structure for artificial joints with a joint capsule which is designed to overcome the drawback of current prostheses that omit many functions of the lubricant and the joint capsule. The new structure... We propose a new structure for artificial joints with a joint capsule which is designed to overcome the drawback of current prostheses that omit many functions of the lubricant and the joint capsule. The new structure is composed of three components: lubricant, artificial joint and artificial joint capsule. The lubricant sealed in the capsule can not only reduce the wear of the artificial joint but also prevents the wear particles leaking into the body. So unexpected reactions between the wear particles and body can be avoided completely. A three-dimensional (3-D) finite element analysis (FEA) model was created for a bionic knee joint with capsule. The stresses and their distribution in the artificial capsule were simulated with different thickness, loadings, and flexion angles. The results show that the maximum stress occurs in the area between the artificial joint and the capsule. The effects of capsule thickness and the angles of flexion on stress are discussed in detail. 展开更多
关键词 artificial joint bionic joint capsule 3-D FEA
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Adaptive Multi-Objective Optimization of Bionic Shoulder Joint Based on Particle Swarm Optimization 被引量:5
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作者 LIU Kai WU Yang +4 位作者 GE Zhishang WANG Yangwei XU Jiaqi LU Yonghua ZHAO Dongbiao 《Journal of Shanghai Jiaotong university(Science)》 EI 2018年第4期550-561,共12页
To get the movement mode and driving mechanism similar to human shoulder joint,a six degrees of freedom(DOF) serial-parallel bionic shoulder joint mechanism driven by pneumatic muscle actuators(PMAs)was designed.Howev... To get the movement mode and driving mechanism similar to human shoulder joint,a six degrees of freedom(DOF) serial-parallel bionic shoulder joint mechanism driven by pneumatic muscle actuators(PMAs)was designed.However,the structural parameters of the shoulder joint will affect various performances of the mechanism.To obtain the optimal structure parameters,the particle swarm optimization(PSO) was used.Besides,the mathematical expressions of indexes of rotation ranges,maximum bearing torque,discrete dexterity and muscle shrinkage of the bionic shoulder joint were established respectively to represent its many-sided characteristics.And the multi-objective optimization problem was transformed into a single-objective optimization problem by using the weighted-sum method.The normalization method and adaptive-weight method were used to determine each optimization index's weight coefficient;then the particle swarm optimization was used to optimize the integrated objective function of the bionic shoulder joint and the optimal solution was obtained.Compared with the average optimization generations and the optimal target values of many experiments,using adaptive-weight method to adjust weights of integrated objective function is better than using normalization method,which validates superiority of the adaptive-weight method. 展开更多
关键词 multi-objective optimization particle swarm optimization(PSO) pneumatic muscle actuator(PMA) bionic shoulder joint mechanism
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The Knee Joint Design and Control of Above-knee Intelligent Bionic Leg Based on Magneto-rheological Damper 被引量:10
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作者 Hua-Long Xie Ze-Zhong Liang +1 位作者 Fei Li Li-Xin Guo 《International Journal of Automation and computing》 EI 2010年第3期277-282,共6页
The above-knee intelligent bionic leg is very helpful to amputees in the area of rehabilitation medicine. This paper first introduces the functional demand of the above-knee prosthesis design. Then, the advantages of ... The above-knee intelligent bionic leg is very helpful to amputees in the area of rehabilitation medicine. This paper first introduces the functional demand of the above-knee prosthesis design. Then, the advantages of the four-bar link mechanism and the magneto-rheological (MR) damper are analyzed in detail. The fixed position of the MR damper is optimized and a virtual prototype of knee joint is given. In the end, the system model of kinematics, dynamics, and controller are given and a control experiment is performed. The control experiment indicates that the intelligent bionic leg with multi-axis knee is able to realize gait tracking of the amputee's healthy leg based on semi-active control of the MR damper. 展开更多
关键词 Knee joint above-knee intelligent bionic leg magneto-rheological damper.
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Optimal Variable Stiffness Control and Its Applications in Bionic Robotic Joints:A Review
5
作者 Yuanxi Sun Yuntao Tang +2 位作者 Jia Zheng Dianbiao Dong Long Bai 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第2期417-435,共19页
Variable Stiffness Actuation(VSA)is an efficient,safe,and robust actuation technology for bionic robotic joints that have emerged in recent decades.By introducing a variable stiffness elastomer in the actuation system... Variable Stiffness Actuation(VSA)is an efficient,safe,and robust actuation technology for bionic robotic joints that have emerged in recent decades.By introducing a variable stiffness elastomer in the actuation system,the mechanical-electric energy conversion between the motor and the load could be adjusted on-demand,thereby improving the performance of the actuator,such as the peak power reduction,energy saving,bionic actuation,etc.At present,the VSA technology has achieved fruitful research results in designing the actuator mechanism and the stiffness adjustment servo,which has been widely applied in articulated robots,exoskeletons,prostheses,etc.However,how to optimally control the stiffness of VSAs in different application scenarios for better actuator performance is still challenging,where there is still a lack of unified cognition and viewpoints.Therefore,from the perspective of optimal VSA performance,this paper first introduces some typical structural design and servo control techniques of common VSAs and then explains the methods and applications of the Optimal Variable Stiffness Control(OVSC)approaches by theoretically introducing different types of OVSC mathematical models and summarizing OVSC methods with varying optimization goals and application scenarios or cases.In addition,the current research challenges of OVSC methods and possible innovative insights are also presented and discussed in-depth to facilitate the future development of VSA control. 展开更多
关键词 bionic robotic joint Variable stiffness actuator Optimal control ROBOTICS Controller design
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机器人变刚度执行器设计及其应用研究进展
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作者 许亚鹏 张洲 +2 位作者 王才东 王良文 王守放 《机械传动》 北大核心 2026年第2期1-19,共19页
【意义】人机交互、特种作业等应用需求迫切,对机器人关节的柔顺性和动态适应性提出更高要求。变刚度执行器是机器人柔顺关节的核心技术,已成为研究热点。为梳理变刚度执行器的设计、控制、应用及发展趋势,把握核心脉络,对相关成果进行... 【意义】人机交互、特种作业等应用需求迫切,对机器人关节的柔顺性和动态适应性提出更高要求。变刚度执行器是机器人柔顺关节的核心技术,已成为研究热点。为梳理变刚度执行器的设计、控制、应用及发展趋势,把握核心脉络,对相关成果进行全面综述。【分析】首先,搜集近十年国内外相关文献,对变刚度执行器的研究热度和深度进行统计分析,得出目前的宏观研究历程;其次,对变刚度执行器的调刚原理、传动机构设计、控制策略进行分类,结合理论模型,探讨了各种变刚度理论和方法的优势与局限性,分析了其调刚速度、带宽、能耗以及执行器的负载能力、响应带宽等在不同方案上的特点;再次,结合具体案例,探讨了变刚度执行器在类人机器人、外骨骼机器人、工业机器人末端和特种机器人等领域的应用情况;最后,展望了变刚度执行器在机器人领域的发展方向和技术挑战,探讨了潜在的技术突破和应用前景。随着研究的不断深入,变刚度执行器有望在多学科融合下,助力机器人朝着高效、智能、协作化的方向发展。 展开更多
关键词 变刚度执行器 柔顺关节 仿生关节 变刚度原理
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基于仿生联合算法的电网分区优化模型
7
作者 吴桂联 赖素丹 +2 位作者 倪识远 李远舸 侯四维 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2026年第1期37-45,共9页
【目的】在新型电力系统建设背景下,高比例可再生能源的大规模接入及柔性负荷的广泛普及,显著加剧了系统的随机性、波动性,叠加电网规模的不断扩大,导致控制变量急剧增多,对传统电网电压和潮流控制策略提出了严峻挑战。现有电网分区方... 【目的】在新型电力系统建设背景下,高比例可再生能源的大规模接入及柔性负荷的广泛普及,显著加剧了系统的随机性、波动性,叠加电网规模的不断扩大,导致控制变量急剧增多,对传统电网电压和潮流控制策略提出了严峻挑战。现有电网分区方法主要依赖节点间电气距离进行无功分区,难以适应源荷双侧特性剧烈变化的新型电力系统运行需求。为此,本研究提出一种综合考虑多重因素的电网分区优化方法,旨在降低高比例新能源接入下的电网整体控制难度,提升分区自治运行能力。【方法】本研究的核心在于建立了一套分区指标体系及优化模型,突破传统分区仅关注拓扑连接的局限,创新性地同时考虑分区内部电气连接紧密程度和源荷匹配程度,分别构建了基于电气距离的无功分区指标和基于源荷匹配的有功分区指标。以此为基础,构建了电网分区优化模型,以最小化无功分区指标为主要优化目标,旨在最大化分区内部电气紧密程度,简化无功电压控制。将有功分区指标满足要求作为关键约束条件,用以限制分区间有功功率的频繁交互,并减少分区内部净负荷的剧烈波动,保障分区内部源荷平衡。同时,为高效求解所构建的非线性复杂优化模型,提升寻优速度并避免算法陷入局部最优解,本研究创新性地提出一种仿生联合优化策略,充分利用了遗传算法的全局搜索能力和萤火虫算法的快速局部求精能力。【结果】采用标准IEEE 39节点系统进行算例验证。仿真结果表明,本文算法能够显著提升分区内部源荷匹配度,有效降低分区之间及分区内部的净负荷波动,减少了不必要的潮流交互,有效降低系统无功控制难度,使分区内部节点电气紧密性增强,简化了分区内部的电压无功调节过程。萤火虫-遗传仿生联合算法表现出优越的求解性能,能够快速、有效地获得优化的分区方案。【结论】本研究的创新点主要是在电网分区模型中同时集成了基于电气距离的无功控制优化目标和基于源荷匹配的有功平衡约束,克服了传统方法对源荷变化适应性不足的缺陷。提出了高效、鲁棒性强的萤火虫-遗传仿生联合优化算法以求解分区模型,有效提升了寻优速度和精度。本文算法为解决新型电力系统复杂网络结构下的分区运行控制难题提供了新的技术途径,对提升电网安全稳定运行水平和促进新能源高效消纳具有较高的理论价值与实际意义。 展开更多
关键词 电网分区 电气距离 源荷匹配 萤火虫-遗传仿生联合算法 无功分区 有功分区 灵敏度 牛顿-拉夫逊潮流
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Kinematic Optimization of Bionic Shoulder Driven by Pneumatic Muscle Actuators Based on Particle Swarm Optimization 被引量:3
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作者 Liu Kai Ge Zhishang +3 位作者 Xu Jiaqi Gu Baotong Wang Yangwei Zhao Dongbiao 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI CSCD 2016年第3期301-309,共9页
A bionic shoulder joint with three degree-of-freedom(DOF)driven by pneumatic muscle actuator is proposed and its corresponding kinematic model is established.The bionic shoulder is optimized by particle swam optimizat... A bionic shoulder joint with three degree-of-freedom(DOF)driven by pneumatic muscle actuator is proposed and its corresponding kinematic model is established.The bionic shoulder is optimized by particle swam optimization(PSO)with the fitness standards that the requirements of rotation indexes are met and the fluctuation of motion is kept in the lowest resolution in a pneumatic muscle actuator range.Simulation considering rotation indexes only(first simulation)is compared with the one considering both rotation indexes and motion resolution(second simulation)subsequently.Mounting position of the pneumatic muscle actuators in bionic shoulder is optimized after initializing the same condition in simulations.Results show that the fluctuations of parameters are consistent,and the parameters of the first simulation have good convergence than those of the second one.With the increase of stretch rate of the pneumatic muscle actuator,the needed length of fixed link in the center of static platform decreases in optimization. 展开更多
关键词 bionic shoulder joint particle swam optimization(PSO) kinematic optimization
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Motor Driving Leg Design for Bionic Crab-like Robot 被引量:4
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作者 Wang Li-quan, Qu Xiao-rong, Meng Qing-xin, Yuan Peng, Wang Mo-nanCollege of Mechanical and Electrical Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China 《哈尔滨工程大学学报(英文版)》 2002年第2期72-77,共6页
The paper presents the design of walking leg for bionics crab-like robot, which is driven with micro servo motor. The kinematic characteristics of the bionics machine are analysed for optimized structure parameters, w... The paper presents the design of walking leg for bionics crab-like robot, which is driven with micro servo motor. The kinematic characteristics of the bionics machine are analysed for optimized structure parameters, which has been used in the robot design. A three closed loop motor control system structure for joint driver is also given, as well as the multi-joint driving system for walking robot leg. 展开更多
关键词 bionicS crab-liked ROBOT joint driver SERVO MOTOR three-closed-loop
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基于张拉整体结构的刚柔耦合肩关节机构
10
作者 吴志光 杨家楠 曾达幸 《机械设计与研究》 北大核心 2025年第5期274-280,294,共8页
针对传统仿生肩关节刚性结构复杂、平滑性差,以及柔性结构承载卸荷机能不足的问题,结合并联机构精度高、刚度大、位置反解容易等特点,提出了一种并联型-张拉整体结构仿生肩关节机构。首先,从人体肩关节的结构和功能要求出发,将肱骨头和... 针对传统仿生肩关节刚性结构复杂、平滑性差,以及柔性结构承载卸荷机能不足的问题,结合并联机构精度高、刚度大、位置反解容易等特点,提出了一种并联型-张拉整体结构仿生肩关节机构。首先,从人体肩关节的结构和功能要求出发,将肱骨头和关节盂等效为并联机构的动、定平台,两者之间用绳索和弹簧连接,以映射肌肉和韧带的性能,结合肩关节生理尺寸确定机构中各构件尺寸,从而建立刚柔耦合的并联型-张拉整体多体肩关节映射模型。其次,提取仿生肩关节机构的结构拓扑模型,将无内力传递的邻近压杆合并,简化其成为一种只有杆索连接的类张拉整体结构,进而基于力密度法对机构进行找形分析,求解仿生肩关节机构在初始位姿下系统的预应力分布状态,并结合机构位置反解确定弹簧的刚度特性参数。再次,通过对仿生肩关节机构外展-内收、外旋-内旋及前屈-后伸方向进行连续性运动轨迹规划,模拟肩关节运动的轨迹曲线。最后,设计建立了仿生肩关节机构模型并进行实验,验证了仿生肩关节机构模拟人体肩关节运动的有效性与准确性。文中的研究为后续仿生肩关节机构的轻量化、高灵活性研究提供了基础和思路。 展开更多
关键词 仿生肩关节 张拉整体结构 找形分析 弹簧刚度匹配 轨迹规划
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复合材料T型接头的仿生优化设计
11
作者 谌伟 侯璇 +1 位作者 徐双喜 吴轶钢 《武汉理工大学学报(交通科学与工程版)》 2025年第5期1001-1006,共6页
本文为更好地提升复合材料T型接头的极限承载能力,在传统T型接头的基础上,以鸟翼缘骨剖面为仿生依据设计优化了T型接头,并讨论了拐角形状和材料组合对仿生接头极限承载能力的影响.结果表明:优化后的仿生接头三点弯曲极限承载能力比原模... 本文为更好地提升复合材料T型接头的极限承载能力,在传统T型接头的基础上,以鸟翼缘骨剖面为仿生依据设计优化了T型接头,并讨论了拐角形状和材料组合对仿生接头极限承载能力的影响.结果表明:优化后的仿生接头三点弯曲极限承载能力比原模型提升了29.6%,侧弯载荷下的极限承载能力提升了3.4%,综合承载能得到一定的提升. 展开更多
关键词 夹芯复合材料 T型接头 极限强度 渐进损伤 仿生优化
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基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节设计与控制 被引量:26
12
作者 于海涛 郭伟 +2 位作者 谭宏伟 李满天 蔡鹤皋 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第17期1-9,共9页
关节是仿生机器人机械系统的基本组成元素。在面向环境交互的仿生机器人系统中,关节的质量、体积以及功/重比直接影响系统的工作性能。与传统的电气、液压驱动方式相比,采用气动肌腱的驱动方式具有质量小、体积小和高功/重比等优势,具... 关节是仿生机器人机械系统的基本组成元素。在面向环境交互的仿生机器人系统中,关节的质量、体积以及功/重比直接影响系统的工作性能。与传统的电气、液压驱动方式相比,采用气动肌腱的驱动方式具有质量小、体积小和高功/重比等优势,具有广阔的应用前景。从功能仿生角度出发,在分析人体肘关节骨骼结构特点和肌肉发力方式的基础上,设计一种基于气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节。建立单根肌腱的数学模型,通过搭建气动肌腱工作特性试验平台对肌腱进行性能测试,采用最小二乘法对模型参数进行辨识。针对拮抗式仿生关节的构型进行运动学和动力学分析,提出基于肌腱模型的偏置输入气压控制方法,设计基于关节估计阻尼的扰动观测器对名义模型进行补偿,通过数值仿真对控制方法进行有效性验证。建立仿生关节运动控制试验系统,通过单关节轨迹跟踪试验验证了肌腱理论模型的正确性及控制策略的有效性。 展开更多
关键词 仿生关节 气动肌腱 运动控制 扰动观测器
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基于给定工作空间的球面变胞仿生关节机构优化设计 被引量:9
13
作者 金国光 王艳 +2 位作者 宋轶民 畅博彦 梁栋 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期288-293,320,共7页
研究一种由静平台、动平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成的新型球面变胞仿生关节机构,该机构具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。通过中间支链的结构变换,可以实现构态切换。首先运用矢量代数法,建立机构运动学逆... 研究一种由静平台、动平台、3个环形支链和1个中间变胞支链组成的新型球面变胞仿生关节机构,该机构具有2个构态,即构态1(正常构态)和构态2(变胞构态)。通过中间支链的结构变换,可以实现构态切换。首先运用矢量代数法,建立机构运动学逆解模型,得到其速度映射模型和雅可比矩阵。其次,在逆解模型的基础上,研究机构工作空间与机构尺寸关系,根据分布规律对工作空间大小进行优化,确定预设工作空间。最后,根据承载力和刚度性能评价指标对给定工作空间下的机构进行尺寸优化设计,分别给出每种性能指标较好的尺寸范围,综合两种指标,得到机构最佳设计尺寸。 展开更多
关键词 变胞机构 工作空间 承载力 刚度 仿生关节优化
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新型过约束球面并联式关节机构仿生设计 被引量:11
14
作者 侯雨雷 胡鑫喆 周玉林 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期723-726,730,共5页
以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度... 以3-RRR三自由度球面并联机构为原型,在其静力学及刚度特性分析基础之上,从仿生学角度出发,采用植入中心球面副的方式,提出了两种改进的可应用于人形机器人肩关节、髋关节的过约束四支链仿生关节机构,并实现了静力全部或部分卸载及刚度均衡。对引入的机构中心球面副进行结构改进,大幅扩大了机构实际工作空间。新型仿生关节机构的提出及其结构设计对人形机器人关节的研制具有理论指导意义和实际应用价值。 展开更多
关键词 球面并联机构 仿生关节 静力卸载 刚度 工作空间
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机器人仿生膝关节的计算力矩加比例微分反馈控制 被引量:8
15
作者 王斌锐 金英连 +1 位作者 许宏 徐心和 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期179-183,共5页
磁流变阻尼器控制的四连杆关节瞬时转动中心是变化的,仿生特性好,但机构模型复杂,模拟人腿关节运动时变轨迹跟踪较为困难。基于此,提出行走机器人四连杆仿生膝关节机构,建立虚拟样机、机构动力学简化模型和磁流变阻尼器Bingham模型。基... 磁流变阻尼器控制的四连杆关节瞬时转动中心是变化的,仿生特性好,但机构模型复杂,模拟人腿关节运动时变轨迹跟踪较为困难。基于此,提出行走机器人四连杆仿生膝关节机构,建立虚拟样机、机构动力学简化模型和磁流变阻尼器Bingham模型。基于瞬时转动中心和简化的关节几何中心,引入大小腿长度变化以减少模型误差。设计计算力矩加比例微分反馈控制算法来控制关节摆动。采用Lyapunov方法,分析在模型存在误差情况下,控制算法的收敛性和跟踪误差大小。在虚拟样机上对阻尼力和关节摆动运动进行仿真,在样机上对控制算法进行验证。试验结果表明,引入瞬时中心和几何中心,可降低模型误差,控制算法轨迹跟踪精度能满足行走机器人行走要求。 展开更多
关键词 机器人 仿生关节 磁流变智能阻尼器 计算力矩控制 收敛
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球面并联式人形机器人髋关节机构运动学与仿生设计 被引量:6
16
作者 侯雨雷 赵春秀 +3 位作者 范建凯 胡鑫喆 曾达幸 周玉林 《机械设计》 CSCD 北大核心 2014年第12期25-30,共6页
从结构和功能仿生角度出发,提出球面并联式人形机器人髋关节机构,并针对其开展运动学分析与仿生设计。根据人体髋关节结构和运动特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为髋关节仿生原始构型;依据螺旋理论对髋关节原型机... 从结构和功能仿生角度出发,提出球面并联式人形机器人髋关节机构,并针对其开展运动学分析与仿生设计。根据人体髋关节结构和运动特性,选取3-SPS/S(S为球面副,P为移动副)球面并联机构作为髋关节仿生原始构型;依据螺旋理论对髋关节原型机构自由度数目、性质及位置反解进行分析;采用遗传算法,以姿态工作空间最大化为目标对并联髋关节机构进行优化;结合人体髋关节实际结构特点,提出偏置输出方式,从而使得机构实际输出空间的形状和位置更加符合人体髋关节运动轨迹需求。研究内容为人形机器人髋关节仿生的理论研究和进一步的样机研制奠定了基础。 展开更多
关键词 髋关节 球面并联机构 关节仿生 偏置输出 工作空间
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气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节位置/刚度控制 被引量:14
17
作者 朱坚民 黄春燕 +1 位作者 雷静桃 齐北川 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第13期64-74,共11页
仿生关节是四足仿生机器人实现灵活跳跃、奔跑等高速复杂运动的基本要素。针对现有气动肌腱驱动的仿生关节难以实现设定刚度下的高精度位置控制问题,提出一种基于模糊神经网络补偿控制的拮抗式仿生关节位置/刚度控制新方法。建立关节位... 仿生关节是四足仿生机器人实现灵活跳跃、奔跑等高速复杂运动的基本要素。针对现有气动肌腱驱动的仿生关节难以实现设定刚度下的高精度位置控制问题,提出一种基于模糊神经网络补偿控制的拮抗式仿生关节位置/刚度控制新方法。建立关节位置/刚度解算模型,根据关节驱动力矩及设定刚度计算气动肌腱的理论充气压力;建立关节输出刚度计算模型,根据关节输出位置及气动肌腱的实际充气压力计算仿生关节的实际输出刚度;采用由模糊神经网络补偿控制器、PID控制器和模糊神经网络辨识器构成的模糊神经网络补偿控制结构实现对仿生关节的高精度位置控制。以FESTO公司MAS型气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节为控制对象,进行关节位置/刚度控制的试验研究,对比PID控制和模糊神经网络补偿控制的位置控制精度,探究仿生关节刚度的动态响应。试验结果表明:模糊神经网络补偿控制方法的位置控制精度显著优于PID控制方法,位置控制精度由3°提高到0.6°;同时两种控制方法均能较好地跟随关节设定刚度,刚度跟踪精度均在1 N?m/rad内。 展开更多
关键词 气动肌腱 仿生关节 位置/刚度控制 模糊神经网络补偿控制 试验验证
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基于鲁棒建模的气动人工肌肉驱动仿生关节的轨迹跟踪控制 被引量:9
18
作者 王杨 张强 肖晓晖 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2016年第2期248-256,共9页
为了简单、高效地实现对由单根气动人工肌肉(pneumatic artificial muscle,PAM)驱动的仿生关节的轨迹跟踪控制,提出了一种基于鲁棒建模方法的级联控制策略.首先,通过解析法建立比例方向控制阀输入电压与PAM腔内驱动气压之间的非线性模型... 为了简单、高效地实现对由单根气动人工肌肉(pneumatic artificial muscle,PAM)驱动的仿生关节的轨迹跟踪控制,提出了一种基于鲁棒建模方法的级联控制策略.首先,通过解析法建立比例方向控制阀输入电压与PAM腔内驱动气压之间的非线性模型.其次,将PAM的驱动气压输入和关节角位移输出之间的非线性关系等效为一个含有参数摄动的2阶线性时不变模型,并通过鲁棒建模方法辨识模型参数.再者,对应由以上两个模型(即非线性模型和线性时不变模型)组成的混合模型,提出一种级联控制器,其外环是一个采用回路成形设计程序(loop-shaping design procedure,LSDP)法设计的用于角度位置跟踪的H∞控制器,内环是一个基于反馈线性化理论的用于PAM腔内驱动气压控制的非线性控制器.最后,在回转角度小于90?且工作频率上限小于1.25 rad/s的实验条件下,关节对参考轨迹实现了稳态误差小于2%的跟踪.本研究表明,在工作频率相对较低的情况下,采用所提策略可以对高度非线性系统实现有效的轨迹跟踪控制. 展开更多
关键词 鲁棒建模 H∞控制 非线性系统 回路成形设计程序 仿生关节
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