缓冲规划与机器人多点主动碰撞机理及人工肌肉实现
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:50905170
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0501.机器人与机构学
- 结题年份:2012
- 批准年份:2009
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2010-01-01 至2012-12-31
- 项目参与者:邹细勇; 吴善强; 许素安; 金英连; 陈锡爱; 徐崟; 郑东;
- 关键词:
项目摘要
非结构化环境中人机协调工作是机器人研究前沿,但碰撞是难点,会给机器人造成动态干扰和破坏,对人产生危害。已有研究集中在避碰和单点或平面多点碰撞上。本课题从缓冲规划角度研究空间多点主动碰撞机理。首先,基于Johnson理论和多体动力学建立弹塑碰撞模型,利用拉格朗日非线性约束算子来研究多点开闭链接触;其次,碰撞前利用微分对策规划机器人姿态来控制碰撞状态;碰撞中借鉴太极动作,利用泛函优化方法规划柔顺/阻抗缓冲动作,并通过变刚度和广义动力耦合来实现动作;利用Hession阵求碰撞区驱动器综合变刚度调节律,利用梯度法确定广义动力耦合方向;然后,基于有限元和协同仿真技术对机理进行仿真;最后,综合形状记忆合金、气动肌肉和电动薄膜技术,开展人工肌肉关节主动碰撞应用实验。本课题探索多点、刚柔混合系统带微滑动的主动碰撞机理,建立缓冲规划方法,成果可用于机器人与人协作、护理和救助等领域。
结项摘要
针对机器人与外界的主动接触和安全碰撞,本项目利用柔性梁和非线性弹簧模型,开展了多连杆机械臂的柔性建模与动力学、碰撞力学建模;利用模态假设法对柔性变形进行解耦求解;综合考虑阻尼和刚度矩阵,仿真分析了不同材质机械臂的柔性变形;分析了变刚度、变姿态和不同驱动力矩下的碰撞响应;设计了自由空间和接触空间下的自适应阻抗控制算法,增强碰撞安全性;设计并建立了柔性机器人碰撞实验平台,开展了柔性碰撞实验;设计并建立了机器人缓冲柔顺阻抗控制实验平台,开展了柔顺接触实验。设计了形状记忆合金丝编织网气动人工肌肉,及其驱动的仿生关节;开发了形状记忆合金丝气动肌肉测试平台和样机;建立虚拟样机和实物样机仿真平台。分析了机构参数对关节仿生特性的影响,优化设计了拮抗安装的两个气动肌肉驱动的仿生手臂关节。针对缓冲控制实用中的碰撞检测问题,设计了无需力传感器的碰撞观测器,以及机器视觉碰撞检测中的稳像算法。实验表明,建立的柔性多体系统的非线性碰撞动力学模型正确,求解方法可行;机器人手臂的柔性碰撞响应与材质有密切关系;手臂不同姿态会影响转动惯量和碰撞接触速度;本项目设计的自适应阻抗控制算法可实现碰撞主动缓冲调节; 柔性变形会使得机械臂的位控和力控效果变差;自适应阻抗控制会改善控制响应,对环境不确定具有鲁棒性;形状记忆合金丝编织网气动肌肉,调节特性更灵活,与人体生物肌肉特性跟接近;非对称、不等高的、气动肌肉驱动的仿人机器人手臂仿生特性好,便于实现缓冲碰撞。无力传感器的碰撞检测和碰撞下机器视觉稳像技术,为本项目研究的主动缓冲碰撞实际应用提供了基础。利用研究成果开发了相关仿生关节。已发表相关论文22篇(20篇标有基金号),其中SCI源收录4篇,EI收录9篇,一级期刊5篇,核心期刊7篇,一般期刊1篇;已录用待发表论文3篇(都标有基金号,2篇SCI源期刊);授权发明专利2项,授权实用新型专利6项,已公开发明专利5项;毕业硕士生3名。研究成果的应用研究得到了科技部质检公益性行业科研计划支持。
项目成果
期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(13)
机器人双臂建模与击掌碰撞虚拟样机仿真
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:中国计量学院学报
- 影响因子:--
- 作者:严冬明;王斌锐;金英连
- 通讯作者:金英连
A Distributed Parallel Motion Control for the Multi-Thruster Autonomous Underwater Vehicle
多推进器自主水下航行器分布式并行运动控制
- DOI:10.1080/15397734.2012.726847
- 发表时间:2013-02
- 期刊:Mechanics Based Design of Structures and Machines
- 影响因子:3.9
- 作者:B. He;B. R. Wang;T. H. YAN;Y. Y. Han
- 通讯作者:Y. Y. Han
基于特征匹配和卡尔曼滤波的机器人视觉稳像
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:计算机工程
- 影响因子:--
- 作者:徐崟;王斌锐;金英连
- 通讯作者:金英连
Jitter Compensation System Design and Test for Robot Vision Based on Optical Flow and Filter
基于光流和滤波器的机器人视觉抖动补偿系统设计与测试
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:International Journal of Advanced Robotic Systems
- 影响因子:2.3
- 作者:wang binrui;jin yinglian;shao danlu;xu yin
- 通讯作者:xu yin
MODEL SIMULATION AND POSITION CONTROL EXPERIMENTS OF PNEUMATIC MUSCLE WITH SHAPE MEMORY ALLOY BRAIDED SLEEVE
形状记忆合金编织套气动肌肉模型仿真及位置控制实验
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:International Journal of Robotics and Automation
- 影响因子:0.9
- 作者:wang binrui;jin yinglian;cheng miao;zhou weiyi
- 通讯作者:zhou weiyi
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其他文献
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- DOI:--
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- DOI:--
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- 期刊:机械设计, 23(7):13-15, 2006.7
- 影响因子:--
- 作者:王斌锐;许宏;金英连;徐心和
- 通讯作者:徐心和
异构双腿行走机器人动力学建模与
- DOI:--
- 发表时间:--
- 期刊:东北大学学报(自然科学版),Vol.26, No.7 (2005.7),617-620,EI 收录
- 影响因子:--
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- 通讯作者:徐心和
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- DOI:--
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- 发表时间:--
- 期刊:系统仿真学报, 18(6): 1554-1557, 2006.6, EI: 6279980493
- 影响因子:--
- 作者:王斌锐;金英连;徐心和
- 通讯作者:徐心和
其他文献
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