双伺服驱动机器人柔顺关节的变刚度设计理论及刚柔控制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91648112
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    70.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0510.制造系统与智能化
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The compliance of robot is required during the manufacturing processing and human-robot cooperation. Moreover, the excellent motion performances, such as fast response, small tracking error, are also necessary in order to improve the productivity. Compliance and excellent motion performance are conflicting requirement. The variable stiffness joint is the key to solving the conflicting requirement of robot. Aiming at the requirement, a novel variable stiffness joint with two actuators is proposed in the project. The joint is based on cam theory. The topological structure and the cam shape are optimized. The relationship between joint torque and joint deflection is built by theoretical derivation and test method. The hysteresis model of the compliant joint is studied. The dynamic model, in which the potential energy of the spring is considered, is built, and its parameters are identified. The inverse dynamic of compliant joint is solved. The project will also design the stiffness observer and torque observer of the compliant joint. Taking the single compliant joint and the compliant robot with three degree of freedoms as the object of the research, the full state feedback controllers are designed. The problems of gravity compensation of vibration due to the low damping are addressed in the project. The momentum observer of the joint or robot is deduced by theoretical method. The signal feature of the momentum is analyzed and extracted during the collision between the robot and the environment. The mechanism of collision of the compliant robot is built. The project will solve the problem of the inverse dynamic, the compensation of the hysteresis and optimal control in order to gain the fast positioning and the low tracking error. The project will provide the basis for the application of the compliant robot in the manufacturing, such as assembling, grinding, polishing and forging.
智能制造工艺和人-机协作安全要求机器人具有柔顺性,同时制造效率要求机器人具有优越的运动性能,具有变刚度特性的机器人关节是解决机器人制造时柔顺性与高性能运动矛盾要求的关键。针对以上需求,提出一种基于凸轮原理的双伺服驱动被动柔顺关节新构型,优化关节拓扑布局及凸轮轮廓形状;建立柔顺关节力矩-挠度之间的映射关系及迟滞模型,包含关节弹性势能的柔顺关节动力学建模及参数辨识,柔顺关节逆动力学求解;以单自由度柔顺关节和三自由度柔顺机器人为对象,设计柔顺关节刚度和力矩观测器,研究基于观测值的柔顺关节多输入多输出全状态反馈控制算法、在线重力补偿算法和主动阻尼控制算法;建立柔顺关节动量观测器,提取柔顺关节碰撞时动量变化特征,建立柔顺关节碰撞检测机制和反应机制。解决柔顺关节逆动力学求解、迟滞补偿、优化控制等关键问题以实现柔顺关节的快速准确定位和精确轨迹跟踪,为柔顺机器人在装配、磨抛、锻造等制造工艺应用提供条件。

结项摘要

在非结构化环境下操作,要求机器人具有柔顺性,而具有柔顺性能的机器人关节是确保机器人柔顺性的关键部件。针对以上需求及存在的科学问题,本项目提出基于凸轮结构的变刚度机器人柔性关节新构型,具有双伺服驱动、刚柔转换特性,并优化了关节参数;针对柔性关节机器人动力学辨识不精确的问题,提出了基于能量法的改进柔性关节动力学模型,引入关节柔性特征的辨识方法;提出了一种基于指数坐标法的柔性机器人运动学参数标定方法,验证了方法的可行性,稳定性更高;提出了基于sigmoid函数改进的时滞控制算法及在线重力补偿算法,解决了柔性关节控制的抖动问题,降低了关节稳态误差;针对柔性关节存在的迟滞现象,基于GPI模型对柔性关节进行了迟滞建模,利用退火算法求得最优模型参数;设计制造了多柔性关节实验平台,对柔性关节动力学建模、参数辨识方法、运动学标定方法、控制算法、迟滞模型进行了验证。研究成果可应用于人机协作、空间非合作目标抓取等场景;获得上海市科技进步一等奖,撰写英文论文稿3篇,发表国际会议论文1篇,中文论文3篇,申请发明专利2项,培养在读博士1人,毕业硕士3人,毕业本科生4人。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(2)
一种使用标定板的协作机器人DH参数标定研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘瑞超;张波
  • 通讯作者:
    张波
基于力矩传感器实现关节空间阻抗控制
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    机械制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈鸿格;张波
  • 通讯作者:
    张波
基于能量模型的柔性关节机械臂参数辨识方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    机械制造
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王文辉;张波
  • 通讯作者:
    张波

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

Global exponential stabilization for chaotic brushless DC motors with a single input
单输入混沌无刷直流电机的全局指数稳定性
  • DOI:
    10.1007/s11071-014-1284-6
  • 发表时间:
    2014-02
  • 期刊:
    Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    万理;罗晓曙;曾上游;张波
  • 通讯作者:
    张波
基于失效物理的功率器件疲劳失效机理
  • DOI:
    10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.171414
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    电工技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王学梅;张波;吴海平
  • 通讯作者:
    吴海平
深部矿井埋管充填体换热器蓄/释热过程中热干扰的研究
  • DOI:
    10.13225/j.cnki.jccs.2022.1325
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    煤炭学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张波;杨紫桐;刘浪;赵玉娇;郇超;王美;屠冰冰
  • 通讯作者:
    屠冰冰
联合卫星SAR和地基SAR的海螺沟冰川动态变化及次生滑坡灾害监测
  • DOI:
    10.13203/j.whugis20190077
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘国祥;张波;张瑞;蔡嘉伦;符茵;刘巧;于冰;李志林
  • 通讯作者:
    李志林
Secondary electron emission characteristics of graphene films with copper substrate
铜基石墨烯薄膜的二次电子发射特性
  • DOI:
    10.1088/1674-1137/40/11/117003
  • 发表时间:
    2016-09
  • 期刊:
    Chinese Physics C
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    王洁;王勇;徐延辉;张宇心;张波;尉伟
  • 通讯作者:
    尉伟

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

张波的其他基金

面向在轨装配的零件状态感知与可泛化装配技能学习
  • 批准号:
    52375506
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
C60纳米颗粒物对Daphnia Magna的hormesis效应及分子机制研究
  • 批准号:
    21677097
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    67.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
实现大行程纳米定位的平面电磁致动器的基础研究
  • 批准号:
    51375312
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    95.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
水介质中C60纳米晶体颗粒对氧自由基参与反应的作用机制研究
  • 批准号:
    21177084
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    55.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高密度封装面阵列无铅焊料微互连在热-跌落顺序载荷下的失效机理研究
  • 批准号:
    50905118
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
水介质中C60纳米晶体颗粒的光催化反应活性诱导及其作用机制
  • 批准号:
    20907030
  • 批准年份:
    2009
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码