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液压驱动下肢助力外骨骼机器人膝关节结构设计及试验被引量：13: 2017年; 液压驱动下肢助力外骨骼是一种典型的人机交互类机器人,在跟随人体行进的同时,可提高人的负重能力。为实现最优化的结构设计以降低对系统压强、液压缸尺寸的要求,通过仿生学分析人类正常步行时的步态数据,依据准拟人化设计准则,采用CAD设计软件、数值计算等方法,给出了液压驱动膝关节的设计过程,并通过MATLAB等仿真软件进行了验证。基于确定的模型参数,进行了结构设计及平台搭建,并进行了穿戴试验。仿真及试验结果表明,该方法设计的外骨骼膝关节可以满足步行及负重需求。在负重由10增加为20 kg时,即负重增加一倍时,膝关节的轨迹平均跟踪误差减小了0.05%,跟踪误差最大值增加了20.7%,但是相对于整个膝关节的活动范围,该误差仅占总活动范围的1.2%。该研究为优化液压驱动下肢助力外骨骼提供了参考方法,并可为直线执行器驱动外骨骼其他关节的优化设计提供参考。; 靳兴来朱世强张学群朱笑丛潘忠强; 关键词：机器人计算机仿真液压驱动外骨骼

基于POE的动力学建模与快速非奇异终端滑模控制被引量：4: 2015年; 结合旋量指数积形式(POE)和凯恩方程的优点,提出了一种具有明显几何意义的高效动力学建模方法,并以此为基础提出机器人系统的快速非奇异终端滑模控制算法。凯恩方程中的偏速度选择为基于旋量理论描述的合适的物体雅可比矩阵,并以此定义其他动力学模型参数表达方式,且在'钱江一号'串联机器人上进行建模实例验证。基于该动力学模型,为了改善传统滑模控制的有限时间收敛特性,保证全局控制非奇异性,提出了一种快速全局非奇异终端滑模控制,通过构造带状态高次项的滑模面函数,得到全局非奇异控制,并保证系统从任意状态到达滑模面的时间和在滑模上到达平衡点的时间均为有限且快速收敛,通过李雅普诺夫函数证明了其稳定性,并结合对比实验,验证了该方法在机器人系统中的鲁棒性和有效性。; 陈庆诚朱世强Rajat Mittal张学群; 关键词：动力学建模滑模控制

基于摩擦模糊建模与补偿的机器人低速控制被引量：9: 2013年; 针对摩擦引起机器人低速时运动性能恶化、作业精确度变差的问题,提出考虑负载力矩影响的摩擦模糊建模方法及模糊自适应鲁棒控制策略。通过摩擦测量实验,提取关节摩擦随负载力矩变化的特征,并提出一种扩展摩擦模型以描述关节摩擦特性。为克服固定补偿难以处理摩擦不确定性的弱点,引入模糊逻辑系统逼近摩擦现象,并实现模型的线性化以设计自适应学习机制。在此基础上,设计模糊自适应鲁棒控制算法,该算法采用前馈的方式补偿关节摩擦的影响,自适应项实现参数的在线调整,并根据系统中不确定性的界,设计鲁棒控制项以保证系统的鲁棒性。对比实验结果表明,所提出的摩擦模型与控制算法使关节最大跟踪误差可控制在0.005°以内,与未考虑负载力矩影响的控制器相比,平均跟踪误差和最大跟踪误差分别降低了25%、14.55%。; 吴文祥朱世强王宣银刘华山; 关键词：机器人低速负载力矩

基于SLIP模型的液压驱动单腿机器人竖直跳跃控制被引量：2: 2018年; 针对液压驱动足式机器人竖直跳跃控制,提出一种基于SLIP竖直跳跃动力学模型实现液压驱动机器人竖直跳跃的控制策略。分析SLIP竖直跳跃动力学模型并求解其动力学微分方程得到质心运动轨迹,将关节型单腿机器人竖直跳跃髋部的运动轨迹映射到SLIP模型质心的运动轨迹,通过机器人运动学逆解得到机器人关节运动轨迹,以此驱动关节运动;同时建立关节型单腿机器人竖直跳跃动力学方程和液压驱动执行器动力学方程,应用MATLAB/Simulink软件进行动态跳跃控制仿真并进行样机试验。研究结果表明:基于SLIP竖直跳跃动力学模型的控制策略可实现液压驱动单腿机器人持续稳定的竖直跳跃,为足式机器人动态步态行走控制研究提供参考。; 陈志伟金波朱世强庞云天黄翰林陈刚; 关键词：液压驱动

液压外骨骼机器人非线性模糊滑模控制方法被引量：9: 2017年; 针对液压外骨骼机器人系统建模困难的问题,提出一种利用自适应模糊逼近方法来实现对滑模等效控制的逼近,不需要对机器人的未知参数进行预先估计,同时设计可调参数的自适应调节律,增强系统的鲁棒性,引入一种类势能函数设计具有非线性积分项的滑模面,当误差较大时,积分效应适当减弱,防止产生较大的超调量;当误差较小时,积分效应适当增强,减小稳态误差。利用李雅普诺夫方法论证了该闭环控制系统的稳定性,并使用模糊切换方法来消除滑模控制抖振。最后,对液压助力外骨骼机器人系统进行轨迹跟踪及外干扰实验,结果验证了该方法的有效性,控制输出能快速平稳地跟随参考位置信号,且具有一定抗干扰能力。; 陈庆诚朱世强蒋瑜刘松国; 关键词：直接自适应模糊控制抖振

考虑摩擦的谐波驱动机器人低速运动控制方法被引量：2: 2013年; 针对摩擦引起谐波驱动机器人低速运动时速度不平稳、控制精度差的问题,提出一种考虑关节摩擦影响的期望补偿鲁棒控制算法。通过对摩擦数据的频域分析,提出采用Stribeck模型+正余弦函数的形式来描述谐波驱动关节的摩擦特性。在此基础上,设计期望补偿鲁棒控制算法以处理关节摩擦和模型不确定性的影响。该算法采用前馈的方式补偿关节摩擦的影响,且前馈补偿项可采用期望轨迹数据离线计算得到,从而避免引入测量噪声,提高了实时性。根据系统中不确定性的界,设计了鲁棒控制项以保证系统的鲁棒性。采用Lyapunov理论证明闭环系统为全局一致最终有界稳定。实验结果表明,采用提出的摩擦模型与控制算法能够实现平稳的低速正弦跟踪,关节空间的平均跟踪误差在0.005°以内。; 朱世强吴文祥王宣银刘华山; 关键词：机器人低速鲁棒控制

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浙江省自然科学基金(LY13E050001)