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永磁变刚度柔性关节的力学分析与控制器设计

永磁变刚度柔性关节的力学分析与控制器设计

Mechanical Analysis and Controller Design of the Permanent Magnetic Variable Stiffness Flexible Joint

Mechanical Analysis and Controller Design of the Permanent Magnetic Variable Stiffness Flexible Joint

doi:
10.3901/JME.2019.05.089
摘要:
提出一种采用永磁弹簧、绳索驱动、梯形布置的拮抗式变刚度柔性机器人关节,能够根据任务需要,实时调节关节刚度.所述永磁弹簧装置,在绳索提供力矩一定的情况下,增加了关节刚度变化范围,同时减小操作臂的质量与惯量.对提高柔性机器人关节的运动性能具有重要意义.对关节空间与绳索空间的映射关系进行推导并利用雅可比矩阵和模型间静力学关系,得到关节刚度模型,进而实现关节刚度与位置解耦.以轨迹控制为目标,设计了一种双闭环解耦控制器,并进行了试验验证.仿真分析与试验结果共同表明,该柔性关节在较宽刚度调整范围内,都具有较好的位置响应特性和轨迹跟踪能力.上述结构与控制方式同样也适用于多自由度并联柔性机器人关节.
作者 张明 [1] 房立金 [2] 孙凤 [3] 岡宏一 [4]
Author: ZHANG Ming[1] FANG Lijin[2] SUN Feng[3] OKA Koichi[4]
作者单位
  1. 东北大学机械工程与自动化学院 沈阳 110819
  2. 东北大学机器人科学与工程学院 沈阳 110169
  3. 沈阳工业大学机械工程学院 沈阳 110819
  4. 高知工科大学智能机械系统工学科 高知 782-8502 日本
期 刊: 机械工程学报 ISTIC EI SCI PKU CSSCI
Journal: Journal of Mechanical Engineering
年,卷(期) 2019, 55(5)
分类号 TH39 TH135
关键词: 绳索驱动 知识脉络 永磁弹簧 知识脉络 解耦控制 知识脉络 变刚度 知识脉络
机标分类号
基金项目 国家自然科学基金,国家重点研发计划重点专项
参考文献和引证文献
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