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变刚度柔顺驱动器及其在能量辅助骨骼服中的应用 被引量：3
1
作者 杨智勇 方登建 张静 《海军航空工程学院学报》 2013年第5期459-465,共7页
能量辅助骨骼服是一种典型的人机交互系统,用于辅助人体进行能量放大,已经成为近十年来国内外研究的热点,但目前在骨骼服的安全性、能量效率和辅助效率等方面研究普遍不足。文章综合归纳了柔顺驱动器和变刚度柔顺驱动器的一些基本概念,... 能量辅助骨骼服是一种典型的人机交互系统,用于辅助人体进行能量放大,已经成为近十年来国内外研究的热点,但目前在骨骼服的安全性、能量效率和辅助效率等方面研究普遍不足。文章综合归纳了柔顺驱动器和变刚度柔顺驱动器的一些基本概念,分析了几种变刚度柔顺驱动器的特点及应用,并得到结论:变刚度柔顺驱动器具有最大限度的吸收冲击力、安全地与用户交互、内置被动弹性元件从而具有储存和释放能量的能力等特点。因此,在骨骼服系统中,应用变刚度柔顺驱动器已成为骨骼服发展的必然趋势。最后,指出了变刚度柔顺驱动器在骨骼服应用中的研究方向。 展开更多
关键词 外骨骼 骨骼服 能量辅助 变刚度 柔顺驱动器 人机交互
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干扰观测器在一种非线性刚度驱动器中的应用
2
作者 高冬 宋智斌 赵亚茹 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期1328-1336,共9页
基于"小负载,低刚度;大负载,高刚度"的非线性刚度驱动器(NSCA)优化了可变刚度驱动器(VSA)的工作区间,具有交互力小时力分辨率高,交互力大时响应速度快的优点。但在复杂的人机交互控制过程中,由于难以对干扰和噪声建立准确的... 基于"小负载,低刚度;大负载,高刚度"的非线性刚度驱动器(NSCA)优化了可变刚度驱动器(VSA)的工作区间,具有交互力小时力分辨率高,交互力大时响应速度快的优点。但在复杂的人机交互控制过程中,由于难以对干扰和噪声建立准确的数学模型,故而严重影响到系统的控制精度。因此,本文利用基于观测估计干扰并实施补偿的干扰观测器(DOB)解决非线性刚度驱动器的此类问题。首先,根据非线性刚度驱动器动力学模型建立了控制系统状态方程以及干扰观测器,利用李雅普诺夫方法分析系统稳定性并给出了稳定条件;然后,根据该稳定条件将干扰观测器算法应用于非线性刚度驱动器控制系统中得到实验数据。最后,实验结果表明,采用干扰观测器算法将非线性刚度驱动器在阻抗控制模式下的刚度误差降低了85.71%,大幅度提高了驱动器控制精度。 展开更多
关键词 非线性刚度 柔顺驱动器 干扰观测器(DOB) 李雅普诺夫稳定性 阻抗控制
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基于给定非线性刚度的柔顺驱动器设计及性能评估
3
作者 宋智斌 胡秀棋 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2020年第4期416-424,共9页
安全的人机交互和适应环境的仿生运动都要求机器人关节具有柔顺性。为了解决现有被动型柔顺驱动器存在的对不同外负载适应性弱、需要额外的刚度调节电机以及刚度与负载不匹配等问题,设计了一种新型非线性刚度柔顺驱动器,采用“凸轮+扭... 安全的人机交互和适应环境的仿生运动都要求机器人关节具有柔顺性。为了解决现有被动型柔顺驱动器存在的对不同外负载适应性弱、需要额外的刚度调节电机以及刚度与负载不匹配等问题,设计了一种新型非线性刚度柔顺驱动器,采用“凸轮+扭簧”机构结合齿轮传动,可实现给定的双向非线性刚度。首先,介绍了非线性刚度机构的工作原理、凸轮有效轮廓曲线的计算方法以及非线性刚度柔顺驱动器的工作原理;其次,基于提出的双向非线性刚度机构设计了柔顺驱动器样机;最后,对所设计的柔顺驱动器进行了性能评估。通过对样机刚度特性的仿真和试验分析,验证了所设计的柔顺驱动器能够较好地按给定的非线性刚度特性曲线进行刚度调节;通过与相近的驱动器的对比,表明所设计的柔顺驱动器具有优良的综合特性;通过对具有不同力矩峰值和频率的正弦力矩信号的跟踪试验,初步验证了所设计的柔顺驱动器具有良好的力矩控制性能。研究结果表明所提出的设计方法有效,可为机器人关节驱动器的设计提供新思路。 展开更多
关键词 柔顺驱动器 给定非线性刚度 结构设计 性能评估
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基于负载选择的非线性刚度驱动器性能评价
4
作者 宋智斌 赵亚茹 +1 位作者 高冬 戴建生 《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 EI CSCD 北大核心 2018年第11期1117-1123,共7页
恒定刚度的串联弹性驱动器(SEA)的控制性能受刚度的限制,存在着系统安全性与带宽之间的矛盾.可变刚度驱动器(VSA)在一定程度上解决了高安全性与高控制带宽之间的矛盾,但其采用的刚度调节电机增加了结构的复杂性.基于"小负载,低刚度... 恒定刚度的串联弹性驱动器(SEA)的控制性能受刚度的限制,存在着系统安全性与带宽之间的矛盾.可变刚度驱动器(VSA)在一定程度上解决了高安全性与高控制带宽之间的矛盾,但其采用的刚度调节电机增加了结构的复杂性.基于"小负载,低刚度;大负载,高刚度"的人机交互策略的负载选择的非线性刚度驱动器(LDNSA)是一种新的具有良好应用前景的驱动方案.通过Simulink仿真和试验探讨了LDNSA在不同的刚度区间(不同的负载条件)的力矩控制性能,并与不同刚度的SEA的控制性能进行了比较分析.结果表明:与SEA相比,虽然LDNSA的力矩响应平稳性比低刚度的和高刚度SEA差,但LDNSA在负载较小时具有高安全性的同时依然能保证高的控制带宽,而负载较大时,LDNSA的控制带宽更高且力矩响应平稳性能增强. 展开更多
关键词 非线性刚度 柔顺驱动器 控制性能 仿真 试验
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基于力反馈的液压柔顺驱动器补充能量控制
5
作者 齐海涛 刘子龙 柴汇 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期203-214,共12页
在大型足式机器人的驱动系统中,使用液压柔顺驱动器进行补充能量控制可以极大地提高机器人的续航能力,因此具有很强的实用价值。首先通过扫频的方式分别得到驱动器输出端空载状态位置频率特性曲线和输出端静止状态力频率特性曲线,然后通... 在大型足式机器人的驱动系统中,使用液压柔顺驱动器进行补充能量控制可以极大地提高机器人的续航能力,因此具有很强的实用价值。首先通过扫频的方式分别得到驱动器输出端空载状态位置频率特性曲线和输出端静止状态力频率特性曲线,然后通过MATLAB的ident系统辨识工具箱进行模型辨识得到较准确的驱动器数学模型。基于上述模型采用自抗扰力控制器,实时估计扰动及对其进行有效的补偿,取得了较好的力控制效果,进而通过力控制将液压缸等效为变刚度弹簧。建立液压柔顺驱动器中液压能、驱动器能量和热能三种能量的动态模型,并对简化运动过程中三种能量之间的转换规律进行分析。基于变刚度策略对运动过程进行了补充能量控制,提高了能量使用效率。不同负载质量和不同液压缸刚度情况下的水平方向运动试验结果验证了上述控制策略的有效性。 展开更多
关键词 液压伺服控制 柔顺驱动器 自抗扰控制 补充能量控制
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