基于RSEA的柔順機(jī)械臂的設(shè)計與控制研究專業(yè)：機(jī)械工程答辯人:谷小旭學(xué)號：13125870導(dǎo)師：張秀麗1一、課題研究背景二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀三、研究目標(biāo)與內(nèi)容四、預(yù)期成果五、進(jìn)度安排主要內(nèi)容2一、課題研究背景研究背景

3服務(wù)機(jī)器人目前正在成為研究熱點(diǎn)，將來走進(jìn)人類的日常生活，機(jī)器人與人的交互也會更加頻繁，如何確保人機(jī)交互的安全性成為關(guān)注點(diǎn)。措施柔順化主動柔順被動柔順柔順控制材料、結(jié)構(gòu)柔順本課題研究內(nèi)容4二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）仿生柔順機(jī)械臂的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀（2）結(jié)構(gòu)柔順的研究現(xiàn)狀（3）控制柔順的研究現(xiàn)狀

5仿生柔順機(jī)械臂的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀柔順機(jī)械臂6二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）仿生柔順機(jī)械臂的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀（2）結(jié)構(gòu)柔順的研究現(xiàn)狀（3）控制柔順的研究現(xiàn)狀

結(jié)構(gòu)柔順的研究現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)柔順方法人工肌肉7串聯(lián)彈性驅(qū)動器SeriesElasticActuator-SEA電驅(qū)動器液壓驅(qū)動器控制技術(shù)不成熟，精度不高應(yīng)用門檻高，噪音、漏油系統(tǒng)特性較硬，柔順效果不佳串聯(lián)彈性驅(qū)動器：在驅(qū)動和執(zhí)行模塊之間添加彈性元件，使驅(qū)動和負(fù)載之間有柔性緩沖串聯(lián)彈性驅(qū)動器線性運(yùn)動：SEA旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：RSEA89二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀（1）仿生柔順機(jī)械臂的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀（2）結(jié)構(gòu)柔順的研究現(xiàn)狀（3）控制柔順的研究現(xiàn)狀

控制柔順的研究現(xiàn)狀10阻抗控制接觸力控制虛擬模型控制基于動力學(xué)模型的控制基于剛體動力學(xué)模型的力位雙閉環(huán)控制常用的柔順控制方法控制柔順：基于力或力矩控制模式來實(shí)現(xiàn)的主動柔順。11三、研究目標(biāo)與內(nèi)容研究目標(biāo)：仿照人體手臂，基于RSEA模塊，設(shè)計一款三自由度機(jī)械臂，在控制系統(tǒng)作用下能柔順的進(jìn)行空間三維運(yùn)動。研究內(nèi)容：1、SEA模塊設(shè)計；2、機(jī)械臂結(jié)構(gòu)設(shè)計；3、機(jī)械樣機(jī)加工組裝；4、控制算法研究編寫；5、在平臺上實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證分析。RSEA結(jié)構(gòu)設(shè)計方案12方案一：扭簧式不能雙向可逆?zhèn)鲃铀悸罚阂罁?jù)彈性元件的不同RSEA結(jié)構(gòu)設(shè)計方案13結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不夠緊湊方案二：壓簧搖臂式RSEA結(jié)構(gòu)設(shè)計方案14結(jié)構(gòu)緊湊易模塊化方案三：輪盤式機(jī)械臂整體結(jié)構(gòu)15三自由度：肩關(guān)節(jié)兩個，肘關(guān)節(jié)一個參照人體主要尺寸：上臂：333mm；小臂：253mm（身高170cm中國成年男性尺寸）控制系統(tǒng)16DynamixelAX－64機(jī)器人舵機(jī)控制系統(tǒng)171、電機(jī)選型RX-64重量（g）116g減速比1/200輸入電壓（V）15V18V最大扭矩（kgf·cm）5364轉(zhuǎn)速（s/60度）0.1980.1922、傳感器選型TRD-系列增量式編碼器項(xiàng)目TRD-J系列外觀φ50×50mm，軸徑：φ8mm分辨率10～5000脈沖/轉(zhuǎn)輸出信號形式A·B兩相＋Z相最高響應(yīng)頻率50kHz允許最高轉(zhuǎn)速5000rpm電源電壓DC4.75V～30V啟動扭矩≤0.003N·m控制系統(tǒng)183、控制策略初步方案是采用力PID閉環(huán)控制；四、預(yù)期成果根據(jù)本課題的要求，課題預(yù)期成果如下：1．完成實(shí)驗(yàn)平臺的搭建，包括機(jī)器人樣機(jī)及其控制和運(yùn)動評價系統(tǒng)；2．完成柔順機(jī)械臂的運(yùn)動空間規(guī)劃和動力學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)；3．設(shè)計完成實(shí)驗(yàn)；4．?dāng)M發(fā)表學(xué)術(shù)論文1篇，撰寫并申請專利1項(xiàng)，擬申請專利：一種新型的輪盤式轉(zhuǎn)動SEA。19五、進(jìn)度安排時間安排具體任務(wù)準(zhǔn)備階段2014年3-4月了解課題背景，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)2014年05月設(shè)計SEA模塊及機(jī)械臂方案開題階段2014年06月查閱有關(guān)的文獻(xiàn)資料，深入了解其理論研究方法和國內(nèi)外研究進(jìn)展，撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報告，參加開題答辯實(shí)施階段2014年07月進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的完善設(shè)計并出圖加工、裝配調(diào)試2014年8月~2014年9月進(jìn)行軌跡規(guī)劃和動力學(xué)仿真，研究控制算法2014年010月~2014年11月調(diào)試傳感器，編寫完整控制程序；將電路硬件安裝到機(jī)械本體上2014年12月~2015年1月基于平臺進(jìn)行柔順性和安全性試驗(yàn)2015年3月~2015年