导读:本文包含了弹性驱动器论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:下肢助行外骨骼,串联弹性驱动器,髋关节,弹性体
弹性驱动器论文文献综述
程冠铭,孟青云,胡冰山,喻洪流[1]（2019）在《下肢助行外骨骼髋关节串联弹性驱动器弹性单元优化设计研究》一文中研究指出目的串联弹性驱动器是下肢助行外骨骼实现刚柔耦合的重要途径,其弹性单元的设计优劣直接决定了刚柔耦合性能的高低,研究一种应用于下肢助行外骨骼髋关节部位的扭转型串联弹性驱动器弹性单元优化设计方案。方法设计一款针对髋关节部位的特定环形弹性体。选择500～1 000 N·m/rad的刚度作为设计目标,弹性体在加载50 N·m扭矩时变形量定在5°以下,单片承载的设计。结合连接的谐波减速器外形尺寸,弹性元件的具体设计参数为:最大扭矩50 N·m,最大偏转3°,外圈直径69 mm,内圈直径20 mm,刚度954.93 N·m/rad。通过正常人体髋关节扭矩分析,确定髋关节弹性体技术指标,基于SolidWorks建立所设计弹性体叁维模型,在ANSYS WORKBENCH中对弹性体厚度、单组弹性梁跨度、弹性梁宽度进行仿真优化。结果取安全系数为1.2,最大应力在1 100 MPa以下时,最终优化分析计算结果为t=13.89 mm,b=1.79 mm,α=88.3°。在该条件下,当输出扭矩为50 N·m时,弹性元件所受到的最大应力、最大柔性转角分别为1 060 MPa、3.049 3°,认为其满足设计要求。得到基于所建模型施加不同扭矩时得到的扭转角度。在等梯度不同扭矩的作用下,弹性体的柔性转角和对应的负载扭矩具有很好的线性关系,在不同负载下其刚度是一致的。由胡克定律k=T/θ,可得弹性元件刚度为:k=939.49 N·m/rad,符合预先设计目标。结论所得扭矩与扭转变形角度在MATLAB中用最小二乘法拟合,其刚度曲线呈线性,证明了仿真优化方案的可行性。(本文来源于《生物医学工程与临床》期刊2019年05期）
林光模,赵新刚,韩建达,刘光军[2]（2019）在《机器人串联弹性关节驱动器的刚度控制方法》一文中研究指出机器人关节的柔顺性在人机协作过程中具有重要作用,然而固定的关节柔性无法满足动态变化的人机协作需求,因此对机器人的关节驱动器提出了具有刚度调节能力的要求.本文采用阿基米德螺旋线平面涡卷弹簧作为机器人关节的柔性元件,并提出一种可用于具有固定刚度的串联弹性驱动器的刚度控制方法.根据关节刚度的定义,将测量得到的弹簧输出端角度用于计算弹簧的输入端转角,使得机器人关节驱动器的等效刚度可以被调整到所期望的大小.该方法以电机位置控制为内环,关节刚度控制为外环,简化了控制器设计,并实现了解耦控制.对所设计的刚度控制器进行了分析.最后在自主设计的单自由度薄型串联弹性驱动器实验平台上进行了刚度调节实验,包括刚度的双向阶跃、零刚度和正弦变化的刚度,实验结果表明关节等效刚度能准确跟踪期望值,验证了该方法的有效性.(本文来源于《信息与控制》期刊2019年03期）
姚广利[3]（2019）在《管状介电薄膜—弹簧驱动器的粘弹性变形分析》一文中研究指出电活性聚合物(Electroactive polymer,EAP)是近年发展起来的一种新型柔性智能材料,已成为软材料领域研究的重要组成部分。EAP材料根据其作用机理主要分为离子型和电子型,介电弹性体(Dielectric elastomer,DE)属于电子型聚合物,其具有应变大、重量轻、柔韧性好、响应快、成本低等优异的材料性能。因此,基于DE材料加工而成的驱动器、发电机、人工肌肉等具有巨大的市场价值和应用前景。利用DE材料加工制作的驱动器实现驱动的机理是:先将DE材料表面均匀涂覆柔性电极,之后对介电弹性体进行通电,在外加电场激发下,DE材料的厚度将减小,而表面积将增大,利用DE材料的尺寸变形来实现驱动功能并将电能转换为机械能。然而,作为高分子聚合物材料,DE材料具有显着的粘弹性属性。目前关于DE材料的弹性行为研究已开展较多,而对其粘弹性行为研究则方兴未艾。本文针对基于DE材料制作而成的管状介电薄膜-弹簧驱动器粘弹性力电行为开展研究,主要研究内容如下:(1)构建了一个由管状介电薄膜、轻质弹簧、刚性圆盘组成的管状介电薄膜-弹簧驱动器模型。基于非平衡热力学原理,结合介电弹性体的非线性耗散理论,以管状介电薄膜-弹簧驱动器为研究对象,利用能量变分原理,选取Neo-Hookean材料模型和由弹簧和黏壶组成的粘弹性流变模型推导出描述管状介电薄膜变形情况下的状态方程和运动方程,通过打靶法和改进的欧拉法,数值求解了模型的状态方程和运动方程,得到了所考虑的物理变量随时间的变化规律以及管状介电薄膜轮廓变形随时间的变化示意图。数值模拟计算表明:管状介电薄膜-弹簧驱动器的力电载荷形式,弹簧刚度大小对其粘弹性力电行为有着显着影响;管状介电薄膜-弹簧驱动器失稳时相关载荷存在阈值;不同的弹簧刚度系数对介电薄膜的轮廓变形过程有着显着影响。(2)讨论了管状介电薄膜-弹簧驱动器的纵横比、正弦函数形式的周期性力电载荷对其粘弹性力电行为的影响。数值模拟计算表明:外载荷一定的情况下,纵横比越小,管状介电薄膜-弹簧驱动器稳定性越好。在正弦函数形式的周期性力电载荷作用下,由于粘弹性的影响导致介电薄膜的剪切模量逐渐减小,数值模拟计算中考虑的真实径向拉伸比_1?和真实径向应力?_1随着循环次数的增加而增大。本文的相关计算结果将有助于理解管状介电薄膜-弹簧驱动器的粘弹性力电行为,并对这种介电薄膜驱动器优化设计提供理论支持。(本文来源于《兰州理工大学》期刊2019-06-01）
于宁波,邹武林[4]（2019）在《有限频域约束下串联弹性驱动器的刚度控制》一文中研究指出工程实际中的被控对象都具有明显的有限频域特性,但目前的物理人机交互研究大多是针对全频域性能指标来设计阻抗控制器,由此得到的控制器往往失之保守.本文针对绳牵引串联弹性驱动下的人机物理交互问题,采用有限频域性能约束方法来提升系统在设定频段的刚度控制性能.首先,分析绳牵引串联弹性驱动的刚度控制目标并将其转化成有限频域性能约束下的H∞控制问题.其次,根据广义Kalman-Yakubovich-Popov (KYP)引理,将有限频域性能约束转化成矩阵不等式条件,进而分解变换成有关全信息控制器和待求的静态输出反馈控制器的条件.然后,求解出一个满足条件的全信息控制器,并迭代优化得到输出反馈控制器.仿真和实验结果都表明,本文方法在设定频段取得了更加精确的刚度控制效果.(本文来源于《控制理论与应用》期刊2019年05期）
毛翊超[5]（2018）在《采用串联弹性驱动器的仿生腿足式机器人跳跃与自适应平衡控制研究》一文中研究指出腿足式机器人是移动机器人领域的一个重要研究方向。与其他类型移动机器人相比,腿足式机器人在非结构环境下执行野外侦测探查、灾区救援、崎岖路面运输等任务时具有显着的优势,但也面对极大的挑战。近年来,腿足式机器人研究取得了重要进展,但在动态平衡能力、抗扰动能力以及续航时间等方面仍存在技术瓶颈。本文在国家自然科学基金项目“基于变刚度关节的仿生单腿机器人动态平衡控制与优化”的支持下,以提高腿足式机器人的运动稳定性和运动能效为目标,以具有自适应自学习特性的控制理论与方法作为手段,研究腿足式机器人的关节控制、跑跳控制、抗扰动控制以及动态平衡控制问题。首先,本文针对刚性关节力矩输出抗扰动性差、能量利用效率低的问题,设计了一种具有被动柔顺特性的串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA),并提出了 一种采用串联弹性驱动关节实现腿足式机器人高能效跑跳的控制方法。在此基础上,针对腿足式机器人控制器参数调节困难、控制器性能对机器人物理参数变化适应性差的问题,以提高控制器的自适应自学习能力作为主要创新点,通过模拟人体在控制身体运动过程中的感知学习过程,提出了一套具有自适应自学习能力的关节控制、平衡控制以及抗扰动控制算法。通过在串联弹性驱动单关节、采用串联弹性驱动关节的单腿机器人和双足机器人上进行多组实验,验证了本文所提出的控制方法对物理参数变化具有较强的鲁棒性,提高了腿足式机器人跑跳运动的自适应性。本文的主要研究内容及贡献包括:1.设计了一种串联弹性驱动关节标定方法,并针对变负载条件下的串联弹性驱动关节伺服控制精度降低的问题,设计了一种基于扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman Filter,EKF)观测器的自适应关节速度/位置控制器,能够快速稳定地对关节负载变化进行适应。该控制方法的有效性和适应性通过串联弹性驱动单关节实验平台进行了验证。2.针对不同结构的腿足式机器人需要编写不同辨识程序的问题,提出了一种通用的腿足式机器人系统动力学自动迭代辨识方法,能够根据机器人的结构自动生成辨识模型。该辨识方法的有效性和收敛性通过仿真实验和实物实验进行了验证。3.针对虚拟模型控制(Virtual Model Control,VMC)的双足机器人在变负载及扰动条件下姿态控制精度降低的问题,推导了机器人在双足站立相的等效辨识模型,提出了 一种将在线辨识和虚拟模型控制相结合的自适应柔顺姿态控制方法,能够在不降低机器人柔顺性的同时保证姿态控制精度。所提方法的抗扰动能力以及对变负载状况的适应能力在采用串联弹性驱动关节的四自由度双足机器人上进行了验证。4.针对采用串联弹性驱动关节的腿足式机器人跑跳过程中,关节无法有效跟踪设定力矩的问题,提出了一种基于角冲量跟踪误差评价关节力矩伺服性能的指标,以及一种通过模拟不同关节刚度进行弹跳的方法,实现了满足力矩伺服性能约束的跑跳运动控制。该方法的有效性在带脚踝的单腿以及双足机器人上进行了验证,实现了平均CoT(Cost of Transport)为0.38的高能效连续跳跃。5.针对采用串联弹性驱动关节的腿足式跳跃机器人姿态平衡控制过程中,关节力矩响应带宽低延时大的问题,提出了一种通过规划力矩轮廓控制机器人身体角动量的姿态控制方法以及模型学习方法,能够通过低带宽大延时的力矩伺服关节控制姿态平衡,并自主学习控制律。该方法的智能性、有效性和稳定性在单腿机器人上进行了验证。(本文来源于《浙江大学》期刊2018-03-15）
孙雷,孙伟超,王萌,刘景泰[6]（2018）在《基于RISE反馈的串联弹性驱动器最优控制方法》一文中研究指出串联弹性驱动器(Series elastic actuator, SEA)是机器人交互系统中的一种理想力源.本文针对非线性SEA的力矩控制问题提出一种基于RISE (Robust integral of the sign of the error)反馈的最优控制方法,能够克服模型参数不确定和有界扰动,实现SEA输出力矩在交互过程中快速平稳地收敛到期望值.具体来说,首先对SEA的模型进行分析和变换;然后假设模型参数和扰动均已知,并在此基础上基于二次型指标设计最优控制律;之后基于RISE反馈重新设计控制律抵消模型参数不确定性和有界扰动,基于Lyapunov理论分析控制器的收敛性和信号的有界性,实验结果表明这种基于RISE反馈的最优控制方法具有良好的控制性能和对有界扰动的鲁棒性.(本文来源于《自动化学报》期刊2018年12期）
尹伟,孙雷,王萌,刘景泰[7]（2018）在《针对串联弹性驱动器抖动抑制的轨迹规划和跟踪控制》一文中研究指出针对串联弹性驱动器(Series elastic actuator,SEA)的位置控制问题,本文提出了一种"规划+控制"的策略.首先根据连杆端运动学约束方程,基于数字滤波器对电机位置进行轨迹规划;为了使电机能够准确跟踪期望轨迹,根据电机端的动力学模型设计位置跟踪控制器.理论分析证明了规划的抖动抑制作用和跟踪控制系统的稳定性,随后的实验结果也表明了这种"规划+控制"方法在使连杆到达期望位置的前提下,能够有效地抑制残余抖动.(本文来源于《自动化学报》期刊2018年08期）
高冬[8]（2017）在《基于非线性弹性元件的柔顺驱动器控制研究》一文中研究指出上肢康复机器人早期研究主要集中在欧美、日本等发达国家。目前这些国家医疗康复机器人的市场呈逐年上升趋势。而我国目前对于上肢康复机器人的投入与欧美、日本仍有很大的差距,上肢运动功能障碍康复机器人的研究任重而道远。随着我国人口老龄化加剧,因中风导致的上肢运动损伤患者的增多,上肢康复机器人所具有的使用价值将会越来越大,其需求也将越来越大,因此发展具有核心竞争力的国产上肢康复机器人具有重大现实意义。与传统工业机械臂相比较,安全性对于康复机器人研究来说至关重要。为了保障人与机器人交互过程的安全性,康复机器人的核心部件—柔顺驱动器的性能就显得尤为重要了。通过横向比较国内外关于柔顺驱动器的种类与性能指标,本研究从仿生角度提出了一种刚度负载相匹配的柔顺驱动器设计思路—“小负载,低刚度;大负载,高刚度”的负载选择刚度机制,即人体上肢在从事重体力劳动时,肌肉紧绷,刚度变大;而在从事写字画画等轻体力的工作时,肌肉松弛,刚度变小。为实现此刚度负载匹配的柔顺驱动器功能,本文从机械结构,控制方法两个角度设计该驱动器。在结构上,该柔顺驱动器通过在交互力小时表现出低刚度,获得精确的力矩分辨率;在交互力大时表现出高刚度,获得较大带宽,从而实现更加柔顺精确的人机交互(HRI);在控制上,对非线性刚度驱动器(NSCA)进行动力学建模,利用阻抗控制算法模拟实际交互环境,通过对比数据总结驱动器的性能,发现该柔顺驱动器位置的精度与响应速度等方面还存在着一些问题,随后本文针对这些问题进行了进一步的优化。对于非线性刚度驱动器控制上的优化主要分为两部分。其一,针对影响系统的控制精度而又难以准确建立数学模型的干扰和噪声问题,本文利用基于观测估计干扰并实施补偿的干扰观测器(DOB)进行解决。其二,针对由于摩擦和阻尼作用引起的驱动器弹性元件迟滞问题,本文采用离散化的Bouc-wen迟滞模型对该迟滞现象进行描述,通过参数识别建立起更适用于本文所提出的非线性刚度驱动器的迟滞模型,消除了由于迟滞引起的驱动器控制精度不足的问题。经过以上两个方面的优化,非线性刚度驱动器达到了精准的力位输出交互性能,也为后续的康复机器人功能的开发奠定了良好的基础。(本文来源于《天津大学》期刊2017-12-01）
李硕[9]（2017）在《液压串联弹性驱动器的设计与实现》一文中研究指出仿人机器人是当前极具挑战性的研究领域,仿人机器人由于其拟人的外表与结构,能够更方便地融入到人们的日常生活中,同时对非结构化环境具有较好的适应能力,不仅可以服务于民生科技领域,而且也是公共安全与灾难救援中不可替代的技术手段。由于液压伺服系统具有功率密度大、动态响应快等优点,目前广泛地应用于仿人机器人动力系统当中。液压系统本身具有较大的刚度,为了防止机器人与环境交互时冲击力对机器人本体造成的损伤,本文采用液压串联弹性驱动器(Series Elastics Actuator,SEA)作为机器人的关节驱动器,将弹性元件的被动柔顺特性与控制器的主动柔顺控制相结合,来保证机器人与环境交互时的安全性与可靠性,主要研究内容如下:首先,对液压SEA系统进行搭建。设计了一款模块化的SEA,分别对液压系统、传感器系统、主控系统的关键零部件进行选型,完成整个液压SEA系统的实物搭建。其次,对液压SEA的各项特性进行分析。将液压SEA模型简化为系统输入、动力源、弹性元件、控制器四个部分,并根据实际系统对每个部分的特性进行了分析。对SEA的四个关键性指标:闭环带宽、大量程力带宽、输出阻抗、抗冲击能力进行推导,并着重探讨了弹性元件刚度系数对液压SEA各项特性的影响。同时将SEA与无弹性元件的刚性驱动器进行对比,证明了SEA的能量放大特性,并给出了SEA中弹性元件刚度系数的选择策略。接着,构建了液压缸活塞杆伸长与缩回两个方向的位置控制模型,并仿真验证了系统的稳定性。在负载端固定的情况下,采用自适应性模糊PID控制,将非对称缸的力输出特性对称化;在负载端自由移动的情况下,将负载端的速度转化为电流进行前馈控制,使得力输出特性与负载端动态特性去耦合化。在此基础上讨论了基于液压SEA的关节变刚度控制器的设计。最后,在上述研究的基础上,搭建了实验平台,对液压SEA的各项特性与控制策略进行验证,为后续仿人机器人的样机开发提供数据支持。最后对全文做了总结并对未来研究方向做了展望。(本文来源于《华中科技大学》期刊2017-05-01）
王萌,孙雷,尹伟,董帅,刘景泰[10]（2016）在《一种面向交互应用的串联弹性驱动器有限时间输出反馈控制方法》一文中研究指出串联弹性驱动器(SEA)被广泛地应用于机器人与环境、机器人与人的交互场景中,针对这种交互应用,本文提出了一种新型的有限时间输出反馈控制策略(FTOFC),保证SEA的输出力矩在交互过程中能够快速达到期望值/轨迹.具体而言,首先对SEA的动力学模型进行了分析和变换;其次,基于有限时间控制理论,设计了有限时间扩张状态观测器和2阶滑模控制器,将两者结合实现了一种有限时间输出反馈控制策略,并对闭环系统的稳定性及信号有界性进行了严格的理论分析.相比于已有方法,本文方法有以下3个方面的优势:1)本文的控制方法适用于非线性SEA,更具有通用性;2)本文方法基于有限时间控制理论,具有更优的暂态响应性能;3)本文控制方法充分考虑了交互过程中负载端动力学可能会发生剧烈变化的情况,更适用于交互应用.为了验证以上3点,在自主搭建的单关节SEA交互机器人平台上进行了实验验证并与传统的级联PID方法进行了对比,结果表明本文设计的控制器能取得更好的控制效果,并且对外界干扰具有很强的鲁棒性.(本文来源于《机器人》期刊2016年05期）
弹性驱动器论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
机器人关节的柔顺性在人机协作过程中具有重要作用,然而固定的关节柔性无法满足动态变化的人机协作需求,因此对机器人的关节驱动器提出了具有刚度调节能力的要求.本文采用阿基米德螺旋线平面涡卷弹簧作为机器人关节的柔性元件,并提出一种可用于具有固定刚度的串联弹性驱动器的刚度控制方法.根据关节刚度的定义,将测量得到的弹簧输出端角度用于计算弹簧的输入端转角,使得机器人关节驱动器的等效刚度可以被调整到所期望的大小.该方法以电机位置控制为内环,关节刚度控制为外环,简化了控制器设计,并实现了解耦控制.对所设计的刚度控制器进行了分析.最后在自主设计的单自由度薄型串联弹性驱动器实验平台上进行了刚度调节实验,包括刚度的双向阶跃、零刚度和正弦变化的刚度,实验结果表明关节等效刚度能准确跟踪期望值,验证了该方法的有效性.
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
弹性驱动器论文参考文献
[1].程冠铭,孟青云,胡冰山,喻洪流.下肢助行外骨骼髋关节串联弹性驱动器弹性单元优化设计研究[J].生物医学工程与临床.2019
[2].林光模,赵新刚,韩建达,刘光军.机器人串联弹性关节驱动器的刚度控制方法[J].信息与控制.2019
[3].姚广利.管状介电薄膜—弹簧驱动器的粘弹性变形分析[D].兰州理工大学.2019
[4].于宁波,邹武林.有限频域约束下串联弹性驱动器的刚度控制[J].控制理论与应用.2019
[5].毛翊超.采用串联弹性驱动器的仿生腿足式机器人跳跃与自适应平衡控制研究[D].浙江大学.2018
[6].孙雷,孙伟超,王萌,刘景泰.基于RISE反馈的串联弹性驱动器最优控制方法[J].自动化学报.2018
[7].尹伟,孙雷,王萌,刘景泰.针对串联弹性驱动器抖动抑制的轨迹规划和跟踪控制[J].自动化学报.2018
[8].高冬.基于非线性弹性元件的柔顺驱动器控制研究[D].天津大学.2017
[9].李硕.液压串联弹性驱动器的设计与实现[D].华中科技大学.2017
[10].王萌,孙雷,尹伟,董帅,刘景泰.一种面向交互应用的串联弹性驱动器有限时间输出反馈控制方法[J].机器人.2016