助行腿串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，助行機(jī)器人廣泛應(yīng)用于老年人、殘疾人的康復(fù)訓(xùn)練及軍事單兵裝備領(lǐng)域。作為人機(jī)互動(dòng)機(jī)器人的一種，助行機(jī)器人對(duì)舒適性及安全性具有較高的要求。因此，本文設(shè)計(jì)了一種具有柔性驅(qū)動(dòng)和仿生驅(qū)動(dòng)能力的驅(qū)動(dòng)裝置—串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器（Series Elastic Actuator，SEA）作為助行機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置。串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器就是在傳統(tǒng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上串聯(lián)一個(gè)彈性元件。本文主要采用理論推導(dǎo)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法對(duì)串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)進(jìn)行了性能分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

2、r>　　首先，采用理論推導(dǎo)與Matlab數(shù)值仿真分析了彈性元件的引入給系統(tǒng)帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和限制因素。分析結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)相比，串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的本質(zhì)就是以犧牲閉環(huán)系統(tǒng)帶寬的方式，獲得比較好的力學(xué)性能，例如其阻抗降低、耐沖擊性增強(qiáng)、能夠降低彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的共振對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的影響等。
　　其次，設(shè)計(jì)了一種用于助行腿的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)。針對(duì)人機(jī)系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的時(shí)變特性，采用線性二次型最優(yōu)控制設(shè)計(jì)PD反饋控制器，并設(shè)計(jì)了前饋濾波器與擾

3、動(dòng)觀測(cè)器用來(lái)提高人機(jī)互動(dòng)過(guò)程中系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性。由于該串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的控制算法不包含任何人體結(jié)構(gòu)參數(shù)，不需要對(duì)針對(duì)某一個(gè)體單獨(dú)設(shè)計(jì)，因此，對(duì)人機(jī)互動(dòng)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有普遍的借鑒意義。
　　最后，采用SolidWorks, ADAMS和MATLAB/Simulink聯(lián)合仿真及實(shí)驗(yàn)研究的方法對(duì)前述串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的理論分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行了驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，控制系統(tǒng)能夠迅速準(zhǔn)確地跟蹤輸入，且對(duì)外部干擾信號(hào)具有一定的抑制作用。通