柔性关节

摘要： 讨论了关节摩擦力矩影响下,具有柔性铰关节的漂浮基空间机器人系统的动力学控制问题。设计了基于高斯基函数的小脑神经网络(CMAC)鲁棒控制器和摩擦力矩补偿器。用奇异摄动理论对系统的动力学模型进行快慢变子系统分解,针对快变子系统,设计力矩微分反馈控制器来抑制机械臂关节柔性引起的振动;对于慢变子系统,设计了基于自适应CMAC神经网络鲁棒控制器以实现系统参数不确定情况下的关节轨迹跟踪,并设计基于摩擦力上界的补偿器消除摩擦力矩影响。与传统的CMAC神经网络控制相比,该控制器能有效改善非线性关节摩擦引起的迟滞问题,具有快速准确跟踪期望轨迹的能力。运用Lyapunov稳定性理论证明了该控制器的稳定性,仿真结果证明该方法有效。

摘要： 针对外部扰动力矩影响下的柔性关节机械臂轨迹跟踪控制问题,提出了一种基于奇异摄动的终端滑模控制方法。首先,建立了单连杆柔性关节机械臂数学模型;其次,为了避免求取连杆角位移高阶导数,利用奇异摄动法将原四阶系统降阶得到二阶准稳态系统;接着,对准稳态系统设计了一种基于改进趋近律的自适应非奇异快速终端滑模控制器并证明了系统稳定性;最后,对整个控制系统进行了数值仿真分析,结果表明所设计的控制系统可以有效实现单连杆柔性关节机械臂对参考轨迹的跟踪,并且相比PID和传统奇异摄动滑模控制方法具有更良好的性能。

摘要： 选矸机械臂的组成关节在进行作业活动时存在弹性形变的现象,会影响到其整个作业轨迹的位置精度和控制的实时性与准确性。针对所设计的4R选矸机械臂,首先建立其刚柔耦合动力学的理论模型,并在理论模型的基础上通过使用CAD软件SolidWorks与动力学仿真软件ADAMS完成机械臂作业时的刚柔耦合动力学联合仿真得到了其动态变形误差数据。仿真表明机械臂末端的位移误差在0.2~0.7 mm有规律的上下浮动,当机械臂末端位移到最低处时产生的位移误差达到最大,且位移误差每两秒为一个变化周期,为后续的结构优化和控制系统的设计提供了参考依据。

摘要： 针对气动柔性关节动态特性复杂、难以实现高精度控制的问题,提出一种基于Takagi–Sugeno(T–S)模糊系统的预测控制方法.首先,应用MBGD–RDA算法对T–S模糊系统进行离线训练,该算法结合了机器学习中的小批量梯度下降算法、正则化、Droprule和AdaBound算法.其次,基于模糊集相似性度量方法,对训练得到的T–S模糊系统的模糊集进行剪枝,对模糊规则进行合并,简化T–S模糊系统结构.最后,设计了基于T–S模糊系统的单层神经网络预测控制器.T–S模糊系统参数和预测控制器参数均能实现在线更新,且基于李雅普诺夫理论的稳定性分析保证了系统的稳定性.仿真结果验证了基于数据驱动的T–S模糊系统的高精度预测性能,且结构简化后的T–S模糊系统在规则数减少的情况下仍能维持较高的预测精度.实际实验中,所提控制方法最大跟踪误差小于3°,而传统的模糊逻辑控制器最大跟踪误差大于5°,这表明所提控制算法显著提升了对柔性关节的跟踪控制精度.

摘要： 针对狭窄工作空间,微创手术机器人受限于机械手末端执行器灵活度不足,导致医生无法有效进行手术操作的问题。本论文提出一种新型变曲率柔性关节微创手术机械手,通过刚柔体同轴嵌联结构,控制外层柔性关节机加工弹簧和内层刚性基杆的耦合长度,实现机械手前端连续变曲率万向弯曲运动。论文阐述了机械手柔性关节设计、动力传递实现方法及使用ANSYS软件完成重要部件仿真分析;构建运动控制模型,并利用MATLAB软件得到末端执行器的工作空间;实验验证微创手术机械手柔性关节变曲率弯曲运动。结果表明狭窄空间下,微创手术机械手实现了连续、有规律的变曲率万向弯曲运动。

摘要： 工业机器人的柔性传动部件降低了关节刚度,导致机器人末端存在振动问题。首先对柔性关节控制系统建模,分析其振动特性,并简述关节力矩反馈控制(joint torque feedback,JTF)的抑振原理。由于大部分商用工业机器人无配置关节力矩传感器,且存在重力项力矩和摩擦力矩,故建立柔体动力学方程并给出基于最小二乘法(ordinary least squares,OLS)的参数辨识方法,对重力项力矩和摩擦力矩进行估计,进而提出实时关节力矩估计方法。最后基于六自由度工业机器人搭建试验平台,柔体动力学参数辨识试验结果表明所述动力学模型能准确估计电机力矩,满足反馈控制的应用要求。振动控制试验中,在比例控制下,圆弧和直线振动信号能量最大分别减少达27.61%和26.25%;在比例-微分控制下,最大分别减少达37.56%和41.00%;在改进的“补偿+比例-微分控制”下,最大分别减少达38.32%和45.63%,验证了基于动力学模型的关节力矩反馈振动控制方法的有效性。

摘要： 开展了含有柔性关节的轮式移动机械臂的动力学特性研究。基于多体系统离散时间传递矩阵法(discrete time transfer matrix method of multibody system, MS-DT-TMM)建立了车轮、车体、柔性关节和机械臂的动力学方程,进而得到平面轮式移动柔性机械臂的整体动力学模型。在不平路面的激励下,分析机器人系统的动力学特性,并讨论柔性关节对系统的影响。数值仿真结果验证了基于MS-DT-TMM模型的可行性和有效性,与刚性结果对比分析表明,由柔性关节引起机械臂的弹性振动,直接影响机器人末端的操作精度,说明考虑关节中柔性因素的必要性。

摘要： 针对机器人关节柔性引起的轨迹跟踪误差问题和末端执行器残余振动现象,在PD反馈控制律基础上,提出一种基于柔体动力学模型的前馈力矩补偿控制算法和后置多模态自适应输入整形算法前馈力/位混合控制策略。建立六轴工业机器人柔体动力学简化模型,在不附加关节编码器和外设的情况下进行柔体动力学参数辨识,再将动力学模型改写为力矩计算方程,经计算得到前馈力矩并加入控制律中进行补偿;计算前馈力矩所用的期望轨迹需经过输入整形器处理,考虑机器人系统的时变性问题,采用后置多模态自适应输入整形算法对期望输入位移信号进行命令整形,从而抑制末端的残余振动现象。结果表明:所提出的前馈力/位混合控制策略能有效减少轨迹跟踪误差,抑制机器人末端的残余振动现象。

摘要： 针对协作机器人柔性关节传动过程中固有复杂迟滞特性影响执行精度的问题,提出基于中间变量的非线性自回归移动平均(NARMAX)结构的改进加权最小二乘支持向量机(WLSSVM)迟滞模型。引入PI算子产生中间变量,将迟滞的多值映射转换为单值映射,引入输出力矩和扭转角历史值,使模型具有动态特性;LSSVM求解问题时易受模型输出误差大的数据点影响,在目标优化函数中增加具有自适应调整因子的模型输出误差构成的正则项,达到进一步提高模型精度和抗干扰能力目的。以FRANKA协作机器人关节为对象进行建模与验证,实验结果表明,相比LSSVM迟滞模型和NARMAX迟滞模型,改进WLSSVM迟滞模型具有较高的模型精度。

摘要： 由于强非线性、强耦合和强时变等特征,柔性空间机器人的稳定精细控制问题一直是一个重大挑战.轻质小型化机器人受空间及重量限制,其关节柔性通常不可忽略,这部分柔性主要是由谐波减速器和力矩传感器的柔性造成的.传统的运动学控制在空载时能保持稳定,但是对大负载、快速运动时的适应性差,严重时机械臂抖动剧烈甚至发散.针对以上特征,提出了一种基于非线性干扰观测器和动力学极点配置的柔性空间机器人在轨精细操作控制方法.仿真实验证明,该方法可以有效地抑制柔性激振,保证响应的快速性和准确性,同时有较好的鲁棒性,能够适应不同类型扰动的影响和末端环境柔顺控制的要求,对工程应用具有一定的参考意义.

摘要： 现代医疗科技正在朝着微创化、个性化和智能化的方向迅速发展,为适应人体复杂的解剖结构,越来越多具有柔性关节的微创医疗器械得到临床应用,特别是在胃肠腔镜微创外科中,实现在腔道狭小空间内的精细手术操作具有重要的临床意义和研究价值.本课题深入研究了微创外科手术器械的柔性关节及其传动机理,完成了体内手术操作空间的3D建模、测量与仿真、柔性传动部件的结构设计和制造,设计制造了多自由度微创外科手术器械,并完成了实验和评估等方面的工作,与相关企业开展了产学研合作,实现了技术转移和成果转化.

摘要： 采用Lagrange建模方法建立了欠驱动柔性自平衡机器人的数学模型，对柔性关节部分考虑了其弹性势能，仿真验证了模型的正确性，刚度越大，机器人上半身角度跟踪越快。采用线性二次型最优控制有效地控制了柔性机器人的平衡问题，通过实验，验证了在状态不完全可观测情况下系统的可控性，实验还表明，只需机器人上半身部分安装传感器即可控制机器人达到平衡状态。对机器人结构的设计提供了参考。

摘要： 本发明公开了一种柔性髋关节柄，该柔性髋关节柄包括肩体连接件、柔性柄体、柄尾和中心调控杆，柔性柄体包括内层筒和外层筒，所述内层筒和外层筒均由螺旋弹簧构成，且该螺旋弹簧的簧丝宽度与螺距基本相等，所述调控杆穿过肩体连接件和柔性柄体并与柄尾通过螺纹旋拧固定，既能够允许内层筒和外层筒产生一定程度的弹性形变，也能够限制该弹性形变的幅度范围，还能够使得柔性髋关节柄的整体具有足够的支撑强度。

摘要： 本发明公开了一种柔性髋关节柄，该柔性髋关节柄包括肩体连接件、柔性柄体、柄尾和中心调控杆，柔性柄体包括内层筒和外层筒，所述内层筒和外层筒均由螺旋弹簧构成，且该螺旋弹簧的簧丝宽度与螺距基本相等，所述调控杆穿过肩体连接件和柔性柄体并与柄尾通过螺纹旋拧固定，既能够允许内层筒和外层筒产生一定程度的弹性形变，也能够限制该弹性形变的幅度范围，还能够使得柔性髋关节柄的整体具有足够的支撑强度。

摘要： 本发明公开了一种连续型柔性臂关节组以及组合型柔性臂关节组，属于机器人技术领域。本发明的连续型柔性臂关节组包括若干子关节、至少3个驱动绳，相邻的两个子关节之间转动连接，关节组一端活动设置以形成活动端，至少3个驱动绳沿关节组周向排布，且至贯穿整个关节组以展成柔性臂，其一端与活动端固定连接，另一端可受外力拉拽以使该活动端运动，本发明的组合型柔性臂关节组通过多个上述关节组的活动端与相对固定端两两转动连接而成。本发明的连续型柔性臂关节组具有灵活性高、避障能力强的优点；可适应狭小的工作环境；成本低、便于实现，拆卸、安装和维修方便；提高电机组的利用率。本发明的组合型柔性臂关节组具有更好的适应性以及实用性。

摘要： 本发明公开了一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人，柔性关节包括：采用柔性材料制作的多个肢节，多个肢节从上到下依次连接，肢节的下端设有通孔，通孔中设有与通孔相匹配且一端设置在相邻肢节连接处的限位块，相邻肢节的连接处设有限制相邻肢节之间夹角的第一刻痕槽或第二刻痕槽，位于最下端的肢节上设有第三刻痕槽，第一刻痕槽和第三刻痕槽设置在肢节的同一侧并且第二刻痕槽设置在肢节的另一侧，第二肢节设置在第一肢节和第三肢节之间；微型机器人包括：上述柔性关节以及连接板，柔性关节成对设置在连接板的两端，成对设置的柔性关节之间设有驱动件，该柔性关节能提高微型机器人的运动速度，延长使用寿命，结构轻巧，便于加工。

摘要： 本发明公开了一种基于双时间尺度的柔性关节柔性杆机械臂控制方法，首先建立柔性关节柔性杆机械臂的动力学模型；然后分解为慢子系统和快子系统；建立慢子系统的自适应超螺旋滑模控制器；快子系统的自适应动态规划最优控制器；最后将超螺旋滑模控制器和动态规划最优控制器叠加得到复合控制器。本发明提供的基于双时间尺度的柔性关节柔性杆机械臂控制方法，考虑了模型参数的不确定和外界扰动上界未知情况下的控制问题；利用自适应动态规划理论，克服了传统方法利用LQR对快子系统进行控制时依赖模型的缺陷，该方法可以有效地针对具有柔性关节柔性杆的机械臂，在存在参数不确定与外界扰动的情况下，实现对期望轨迹的追踪和振动抑制。

摘要： 本发明公开了一种柔性关节驱动的弹簧连接多柔性梁振动测控装置及控制方法，包括柔性梁本体部分、振动检测部分及振动控制部分；所述柔性梁本体部分包括八根柔性梁，相邻柔性梁通过拉伸弹簧连接，计算机驱动伺服电机带动柔性关节运动，进一步带动柔性梁旋转，柔性梁进而产生振动，通过振动检测部分的压电陶瓷传感器和加速度传感器检测到振动信号，输出到计算机，计算机根据反馈信号输出控制信号通过振动控制部分的伺服电机和压电致动器来抑制柔性梁的振动。

摘要： 本发明公开了一种柔性关节及采用该柔性关节的微型机器人，柔性关节包括：采用柔性材料制作的多个肢节，多个肢节从上到下依次连接，肢节的下端设有通孔，通孔中设有与通孔相匹配且一端设置在相邻肢节连接处的限位块，相邻肢节的连接处设有限制相邻肢节之间夹角的第一刻痕槽或第二刻痕槽，位于最下端的肢节上设有第三刻痕槽，第一刻痕槽和第三刻痕槽设置在肢节的同一侧并且第二刻痕槽设置在肢节的另一侧，第二肢节设置在第一肢节和第三肢节之间；微型机器人包括：上述柔性关节以及连接板，柔性关节成对设置在连接板的两端，成对设置的柔性关节之间设有驱动件，该柔性关节能提高微型机器人的运动速度，延长使用寿命，结构轻巧，便于加工。

摘要： 本发明涉及一种柔性关节及柔性内镜微创手术机器人用器械臂；其中：柔性关节包括呈柱状结构的连续体，连续体径向外侧上开设有若干平行设置且纵向截面为三角形的外侧槽口，外侧槽口的槽宽由径向外侧向径向内侧逐渐减小；连续体径向内侧上开设有若干平行设置的内侧槽口；内侧槽口与外侧槽口形状及槽深均相同，且交替布置；若干外侧槽口关于母线A对称，若干内侧槽口关于母线B对称，母线A、母线B与连续体的中心轴线位于同一平面上。本发明所述柔性关节具有大多数单向或双向非对称切槽式柔性关节所不具备的二自由度弯曲运动，显著提高了连续体关节的灵活性和可达的工作空间，有效提高了柔性关节的弯曲可控性及手术操作的安全性。

摘要： 本发明涉及一种柔性关节，包括柔性连续体以及气囊，柔性连续体上开设有与所述气囊相匹配的气囊通道；气囊置于所述气囊通道内；所述气囊与气驱动模块相连接，所述气驱动模块通过控制气囊内部气压大小，实现柔性关节刚度连续可调。其中：当气囊未充气或气压较小时，柔性关节处于柔性状态，这种状态下的柔性关节具有适度的结构刚度以灵活适应人体狭窄弯曲的腔道形状；当气囊内气压逐渐增大时，气囊与连续体结构周向壁的摩擦力增大，柔性关节处于刚性状态，这种状态下，柔性关节承载能力高，可以为手术器械提供稳定的操作平台。

摘要： 本发明公开了一种柔性机构，包括轨道组件和柔性组件；轨道组件包括第一轨道和第二轨道，第一轨道内设有与其滑动配合的第一滑块，第二轨道内设有与其滑动配合的第二滑块；柔性组件包括绕一固定轴旋转的牵引杆，第二滑块与牵引杆滑动配合，第一滑块和和第二滑块之间设有弹簧相连；当第一滑块在第一轨道内的位置保持不动时，第二滑块沿着第二滑轨移动的过程中，牵引杆与弹簧的轴线之间的夹角保持不变；且：牵引杆与弹簧的轴线之间的夹角随着第一滑块沿着第一滑轨内滑动而改变。本发明还公开了一种柔性关节。本发明的柔性关节及柔性机构，既可使关节的输出刚度可调节，而且在关节转动过程中可保持刚度不变，以使扭矩线性输出。