基于渐开线轮廓凸轮的杠杆式偏角解耦变刚度关节设计

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作者 唐贵阳 杨晓钧 +1 位作者 李兵 汪大愚 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期524-533,共10页

针对当前的杠杆式变刚度关节存在的刚度与偏角耦合的缺点,提出一种变刚度关节设计方案。首先,提出了可调支点杠杆机构的结构方案。通过静力学模型分析得出关节刚度与偏角无关。进而,设计了调整杠杆机构支点位置的渐开线凸轮机构,使得凸... 针对当前的杠杆式变刚度关节存在的刚度与偏角耦合的缺点,提出一种变刚度关节设计方案。首先,提出了可调支点杠杆机构的结构方案。通过静力学模型分析得出关节刚度与偏角无关。进而,设计了调整杠杆机构支点位置的渐开线凸轮机构,使得凸轮转角与支点位置成线性关系,降低了关节刚度调节的难度。最后,设计并制作了变刚度关节的原理样机,分别进行了样机关节刚度特性以及刚度与偏角关系的仿真与实验,验证了变刚度原理的可行性以及刚度与偏角的解耦性。 展开更多

关键词 变刚度关节 渐开线轮廓凸轮 杠杆原理 偏角解耦

原文传递

基于磁通叠加原理的变刚度关节设计与特性研究 被引量：1

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作者 张明 李鸿羽 +2 位作者 王传阳 谢延松 房立金 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期411-417,426,共8页

基于磁通叠加原理,提出了一种机器人变刚度关节,在减少了关节质量的同时增加了关节刚度的调整速度和运动范围。阐述了通过电信号直接调整永磁-电磁混合式变刚度装置中磁通量,实现刚度改变的工作原理,并以此原理设计关节整体机构。根据... 基于磁通叠加原理,提出了一种机器人变刚度关节,在减少了关节质量的同时增加了关节刚度的调整速度和运动范围。阐述了通过电信号直接调整永磁-电磁混合式变刚度装置中磁通量,实现刚度改变的工作原理,并以此原理设计关节整体机构。根据磁通连续性原理和虚位移法建立了关节刚度模型,并给出关节刚度随电流和关节位置的变化关系。以变刚度关节刚度模型为基础,设计了变刚度关节位置与刚度协调控制器,搭建了变刚度关节的原理样机。实验结果表明,基于磁通叠加原理的变刚度机器人关节可以实现关节刚度的快速调节,关节的位置和轨迹跟踪精度随着刚度的增加而增加,随着频率的增加而降低。 展开更多

关键词 变刚度关节 磁通调整 电信号 虚位移法 跟踪精度

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面向畸形矫治的可重构线位移变刚度关节设计与特性研究 被引量：1

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作者 周杰 吴小勇 +1 位作者 汪从哲 王玉金 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期187-198,共12页

为满足肢体矫形机器人在矫治过程中对跨区间刚度动态调整的迫切需要,借鉴凸轮和斜劈滑块变刚度原理,创新地提出了一种基于斜劈凸轮的新型可重构线位移变刚度关节。阐明了通过调整斜劈凸轮机构组数、弹簧刚度、斜劈下降距离,实现关节刚... 为满足肢体矫形机器人在矫治过程中对跨区间刚度动态调整的迫切需要,借鉴凸轮和斜劈滑块变刚度原理,创新地提出了一种基于斜劈凸轮的新型可重构线位移变刚度关节。阐明了通过调整斜劈凸轮机构组数、弹簧刚度、斜劈下降距离,实现关节刚度重构的工作原理,并以此开展关节系统设计。揭示了关节主、被动变刚度机制,构建了关节等效刚度模型。借助数值分析软件,建立了关节变刚度理论数学模型,研究了关节等效输出刚度和输出力的分布特性。建立了关节虚拟样机模型,开展了关节性能仿真,验证了关节刚度理论模型的正确性。将所设计变刚度关节应用于肢体矫形机器人,关节等效输出刚度在34.08~2762.64 N·mm^(-1)间调整时,矫形机器人刚度可在689.94~6250.41 N·mm^(-1)间调控,满足畸形矫治作业需求。 展开更多

关键词 变刚度关节 机器人 畸形矫治 可重构

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变刚度关节机构设计与变阻抗增益控制仿真研究

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作者 孟奥 吴志宇 +3 位作者 周州 张付超 胡冰山 喻洪流 《建模与仿真》 2023年第6期5165-5176,共12页

随着我国人口老龄化日益严重,脑卒中的发病人数也持续扩增,绝大部分幸存患者存在上肢运动功能障碍。传统的康复机器人采用刚性驱动,无法有效应对卒中患者康复训练过程中的痉挛与震颤,训练效果较差。本文针对康复机器人的康复训练的有效... 随着我国人口老龄化日益严重,脑卒中的发病人数也持续扩增,绝大部分幸存患者存在上肢运动功能障碍。传统的康复机器人采用刚性驱动,无法有效应对卒中患者康复训练过程中的痉挛与震颤,训练效果较差。本文针对康复机器人的康复训练的有效性与安全性,基于特殊曲面原理,采用凸轮–弹簧–滚子机构作为变刚度关节的刚度调节机构,并设计了一种双电机并联驱动的变刚度关节。其次,基于所设计关节的动力学模型研究其阻抗控制方法。然后基于人肘关节解剖学数据与Hill肌肉模型对肘关节主动力矩进行估计,并根据力矩估计值通过刚度调节电机对关节刚度进行预调节。最后,对变刚度关节的静态刚度特性进行实验验证,并在MATLAB中搭建了Simulink仿真模型,对其变刚度控制特性进行仿真实验。结果表明,研究设计的变刚度关节的变刚度特性良好,验证了变刚度控制器及运动阻抗控制器的有效性。 展开更多

关键词 康复机器人 变刚度关节 阻抗控制

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基于曲柄滑块机构变刚度关节的设计与分析 被引量：3

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作者 张坤停 任子武 侯捷 《机械与电子》 2018年第9期77-80,共4页

为了解决人机交互中的物理接触带来的刚性碰撞和安全隐患问题,以机器人关节模块为出发点,提出了一种新型变刚度关节。设计了变刚度关节的曲柄滑块刚度调节机构,分析了变刚度原理,建立了数学模型,搭建了样机,分别就关节刚度与关节偏转角... 为了解决人机交互中的物理接触带来的刚性碰撞和安全隐患问题,以机器人关节模块为出发点,提出了一种新型变刚度关节。设计了变刚度关节的曲柄滑块刚度调节机构,分析了变刚度原理,建立了数学模型,搭建了样机,分别就关节刚度与关节偏转角度、板簧有效长度、调节机构输入角等参数关系进行了实验分析。实验证明,该方案可实现关节刚度的调节。 展开更多

关键词 变刚度关节 刚度调节机构 曲柄滑块

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绳索驱动式变刚度关节柔顺控制与力补偿方法研究 被引量：3

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作者 房立金 张明 +1 位作者 孙凤 岡宏一 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期234-241,共8页

机器人柔顺运动有助于提高机器人交互运动时的安全性与稳定性,越来越受到人们的重视。针对一种绳索驱动式具有主被动柔顺性的柔性机器人关节,提出一种适用于绳索驱动式变刚度关节的刚度与位置解耦控制方式,实现了关节位置控制的同时,又... 机器人柔顺运动有助于提高机器人交互运动时的安全性与稳定性,越来越受到人们的重视。针对一种绳索驱动式具有主被动柔顺性的柔性机器人关节,提出一种适用于绳索驱动式变刚度关节的刚度与位置解耦控制方式,实现了关节位置控制的同时,又实现了关节柔顺性的统一。利用雅可比矩阵和模型间静力学关系,得到关节刚度模型,并通过优化方法对变刚度装置的力学模型和刚度模型构成的非线性方程组求解,实现变刚度关节刚度与位置的非线性解耦。在解耦控制基础上提出一种力矩观测方法,实现了关节力矩补偿,增强了关节位置控制能力;建立了绳索驱动式变刚度关节样机和控制系统,并通过仿真和实验分析的方式验证了所提柔顺控制方式的可行性和有效性。 展开更多

关键词 变刚度关节 解耦控制 柔顺性 力矩补偿

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一种新型变刚度关节结构设计 被引量：1

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作者 房立金 周生啟 王颜 《东北大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期1748-1753,共6页

为研制出一种符合人体肘关节参数的变刚度关节结构,使其在实际应用中能更好帮助到人类.以人体肘关节为例提出了一种符合人体关节形态的变刚度关节结构.在关节中采用了弹簧片、行星轮系和曲柄滑块机构.通过两台电机分别驱动太阳轮和外齿... 为研制出一种符合人体肘关节参数的变刚度关节结构,使其在实际应用中能更好帮助到人类.以人体肘关节为例提出了一种符合人体关节形态的变刚度关节结构.在关节中采用了弹簧片、行星轮系和曲柄滑块机构.通过两台电机分别驱动太阳轮和外齿圈,将行星轮的转动转化成滑块的移动,从而改变弹簧片的支撑位置并改变关节的刚度.与其他同类设计相比,所提出的关节在结构和布局方面更符合人体关节的结构形态,可应用于其他关节的设计. 展开更多

关键词 变刚度关节 结构设计 肘关节 仿生机器人 实验分析

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柔性机械臂变刚度关节的设计与仿真研究 被引量：1

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作者 孙军 彭斯宁 王春华 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2017年第11期44-47,共4页

机器人广泛用于人们的生产生活中,机器人与人的接触也越来越频繁,人机交互的安全问题已经引起人们的重视。文章提出一种柔性变刚度机械臂关节,阐述变刚度关节的机械结构并对关节的变刚度原理进行分析,考虑电机阻尼和传动系统的等效转动... 机器人广泛用于人们的生产生活中,机器人与人的接触也越来越频繁,人机交互的安全问题已经引起人们的重视。文章提出一种柔性变刚度机械臂关节,阐述变刚度关节的机械结构并对关节的变刚度原理进行分析,考虑电机阻尼和传动系统的等效转动惯量等影响,建立一种较为完善的关节动力学模型,分析系统的动态特性;最后基于Adams进行仿真碰撞试验,试验结果验证关节具有缓冲碰撞的特性,所设计的变刚度关节有利于保证人机交互的安全性。 展开更多

关键词 变刚度关节 机械臂 动力学模型 碰撞仿真

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机器人变刚度柔性关节实验装置研制

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作者 崔士鹏 黄文涛 +2 位作者 魏承 刘佳男 谷海宇 《实验室研究与探索》 CAS 北大核心 2023年第12期63-67,共5页

针对本科生和研究生关于共融机器人的教学需求,采用基于阿基米德螺旋移位原理的支点调节机构具体化变刚度方案,研制了一套具有“模块化程度高、刚度调节范围宽、具有可拓展性”等优点的机器人变刚度柔性关节实验装置。该装置可用于关节... 针对本科生和研究生关于共融机器人的教学需求,采用基于阿基米德螺旋移位原理的支点调节机构具体化变刚度方案,研制了一套具有“模块化程度高、刚度调节范围宽、具有可拓展性”等优点的机器人变刚度柔性关节实验装置。该装置可用于关节刚度标定、关节刚度调节等实验教学,涵盖机械原理、机械设计、传感与测试技术、机电伺服系统设计等课程内容,有助于学生深入了解共融机器人特性,进一步提升学生的实践动手能力。 展开更多

关键词 共融机器人 变刚度柔性关节 实验装置 实验教学

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基于形状记忆合金的变刚度外骨骼设计与建模 被引量：3

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作者 丛明 张佳琦 +1 位作者 刘冬 杜宇 《华中科技大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第4期26-31,共6页

为减轻变刚度驱动单元质量,缩小其体积,提出一种基于形状记忆合金(SMA)的变刚度主动元,单个变刚度主动元质量约为68.5 g.为精确控制外骨骼刚度,结合SMA本构模型、相变动力学模型、热平衡方程、输出方程,对SMA进行动态建模.为最大化满足... 为减轻变刚度驱动单元质量,缩小其体积,提出一种基于形状记忆合金(SMA)的变刚度主动元,单个变刚度主动元质量约为68.5 g.为精确控制外骨骼刚度,结合SMA本构模型、相变动力学模型、热平衡方程、输出方程,对SMA进行动态建模.为最大化满足人体运动需求,通过并行布置变刚度主动元的方式,结合导轨机构,构建轻质变刚度外骨骼的原理样机.测试结果显示外骨骼变刚度范围为7~20 N/mm,验证了外骨骼功能的有效性. 展开更多

关键词 外骨骼 形状记忆合金 动态建模 变刚度柔性关节 开环控制

原文传递

一种新型变刚度柔顺关节设计与分析 被引量：3

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作者 王新庆 刘艳立 +2 位作者 李世庆 文岩 王继荣 《中国工程机械学报》 北大核心 2021年第6期506-511,共6页

针对传统高刚性机器人在人机交互过程中因碰撞产生的不安全问题,设计了一种新型的可变刚度柔顺关节。提出了一种基于凸轮四连杆机构的新型变刚度方法,分析了变刚度柔顺关节工作原理,详细阐述了变刚度柔顺关节的机械结构。设计了凸轮轮... 针对传统高刚性机器人在人机交互过程中因碰撞产生的不安全问题,设计了一种新型的可变刚度柔顺关节。提出了一种基于凸轮四连杆机构的新型变刚度方法,分析了变刚度柔顺关节工作原理,详细阐述了变刚度柔顺关节的机械结构。设计了凸轮轮廓曲线,使变刚度柔顺关节达到最优刚度特性。根据机械结构建立变刚度机构的数学模型和变刚度柔顺关节的动力学模型,通过Simulink对变刚度柔顺关节进行仿真实验。分析变刚度柔顺关节的仿真数据,得到不同刚度条件下关节输出角度曲线波动不同,输出角度抖动不同。发生人机碰撞情况时,可降低机器人的关节刚度,提高人机交互的安全性。 展开更多

关键词 人机交互 变刚度柔顺关节 凸轮四连杆机构 动力学模型 SIMULINK

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变刚度柔性关节机构的驱动调节控制优化 被引量：1

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作者 陈国斌 《电子测量技术》 2019年第7期144-148,共5页

变刚度柔性关节机构在主-被动复合驱动调节时受到关节部位阻尼的作用,导致驱动调节的全局稳态性不好,提出一种基于复合式幅值饱和非线性状态反馈的变刚度柔性关节机构优化控制设计方法,构造变刚度柔性关节机构的动力学模型,以柔性关节... 变刚度柔性关节机构在主-被动复合驱动调节时受到关节部位阻尼的作用,导致驱动调节的全局稳态性不好,提出一种基于复合式幅值饱和非线性状态反馈的变刚度柔性关节机构优化控制设计方法,构造变刚度柔性关节机构的动力学模型,以柔性关节等效刚度、阻尼力和关节弹簧压缩量等参量为控制约束参量,建立变刚度柔性关节机构的被控对象模型,结合幅值饱和非线性状态反馈控制方法进行自适应阻尼误差修正,根据主-被动复合刚度特性进行变刚度柔性关节机构的驱动惯性参量调节,实现关节机构驱动调节控制。仿真结果表明,采用该方法进行变刚度柔性关节机构控制的稳定性较好,驱动调节能力较强。 展开更多

关键词 变刚度柔性关节 机构 驱动调节 控制 柔性

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