《具有生物體肌肉特性的可變剛度彈性驅動機械臂》是依託北京航空航天大學，由陶永擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：具有生物體肌肉特性的可變剛度彈性驅動機械臂
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：陶永
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
隨著服務機器人/工業機器人在操作作業時與人接觸的機會越來越多，迫切需要一種能夠套用於與人協作的環境中，對環境友好、且在碰到人體或者環境時不造成傷害的機器人系統。其中，機器人與人類互動接觸時的安全性設計與控制如何實現，保證機器人操作的安全性是目前機器人技術發展的熱點與難點。機器人彈性驅動器中的彈性元件可在有限的範圍內彈性形變，像生物體的肌肉一樣吸收、儲存並再次利用能量，在一定程度上消除機械震盪，減輕零部件的機械損傷。本課題研究具有生物體肌肉特性的彈性驅動器關節模組，安裝在機器人的關節處，以獲得類似生物體一樣的觸覺，實現基於可變剛度的彈性驅動機械臂系統，建立其運動學與動力學方程，並進行動力學分析及仿真，攻克不同構型的模組化機械臂求逆問題，基於力和位移的綜合運動控制實現機械臂的柔順作業，進行演示操作及碰撞等安全試驗，以保證機器人與人協作及特種/仿生機器人操作的安全性與可靠性。
結題摘要
本課題研究了可變剛度的彈性驅動器關節模組，圍繞可變剛度機器人彈性驅動關節的設計、有限元分析、運動學仿真、動力學建模等方面開展深入研究。基於模組化思想，設計了可變剛度的關節模組，該關節模組實現了在運動學、動力學上具有獨立性，在機械結構上能夠快速與其他模組進行連線；研究了可變剛度關節的剛度調節的動力學分析及仿真，實現最佳化的剛度調節，並利用阻抗控制實現單關節精確的位置和力控制；並建立了可變剛度的模組化機械臂的運動學與動力學方程，研究模組化機械臂求逆問題，並建立了演示用的機械臂正逆解算法。 研究了可變剛度機械臂系統的運動控制策略，實現機械臂的柔順控制，並進行實驗和驗證。為了解決可變剛度模組在運動過程中產生碰撞或形變的問題，提出了基於滑模與PID控制方法相融合的機器人可變剛度關節控制算法（PID+SMC關節控制算法），並通過實驗驗證了該算法的有效性。 在可變剛度機械臂的PID+SMC相融合的關節控制算法基礎上，進一步拓展到去毛刺工業機器人系統的運動控制領域，分別提出了基於滑膜和RBF神經網路相結合的去毛刺機器人控制算法，研究了魯棒性疊代學習控制算法在去毛刺機器人軌跡跟蹤中的套用，並在工業機器人去毛刺工作站上進行了測試與驗證，為汽摩行業的零部件去毛刺加工機器人典型了堅實的理論基礎。基於本課題的研究成果，開展的搬運碼垛機器人關鍵技術攻關與套用，獲得機械工業科技進步獎二等獎1項（本人排名第三）。
