機(jī)器人智能柔順驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)與控制

第1章 緒論001
1.1 背景和意義001
1.2 柔順驅(qū)動(dòng)器國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀002
1.3 關(guān)于交互的理解與非線性剛度柔順驅(qū)動(dòng)器的提出010
1.4 本書(shū)主要內(nèi)容011
參考文獻(xiàn)012
第2章 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器最優(yōu)剛度分析015
2.1 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器最優(yōu)剛度設(shè)計(jì)015
2.1.1 驅(qū)動(dòng)器連續(xù)時(shí)間內(nèi)的剛度離散化模型015
2.1.2 離散化剛度的非線性剛度驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)模型016
2.1.3 綜合性能評(píng)價(jià)指標(biāo)PRI 018
2.1.4 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器控制帶寬分析019
2.1.5 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器力矩分辨力分析021
2.1.6 最優(yōu)剛度設(shè)計(jì)022
2.2 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器最優(yōu)剛度計(jì)算024
2.2.1 最優(yōu)剛度的數(shù)值求解算法024
2.2.2 最優(yōu)剛度控制性能分析026
2.2.3 具有最優(yōu)剛度的非線性剛度驅(qū)動(dòng)器控制性能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證029
參考文獻(xiàn)031
第3章 基于扭簧的非線性剛度驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)032
3.1 基于扭簧的非線性剛度驅(qū)動(dòng)器原理033
3.1.1 非線性剛度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)033
3.1.2 雙向?qū)ΨQ(chēng)剛度機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)035
3.2 非線性剛度機(jī)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件輪廓線及參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算038
3.2.1 凸輪有效輪廓曲線設(shè)計(jì)計(jì)算038
3.2.2 非線性剛度機(jī)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)044
3.3 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)設(shè)計(jì)及剛度特性驗(yàn)證047
3.3.1 驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)047
3.3.2 驅(qū)動(dòng)器關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與選型049
3.3.3 驅(qū)動(dòng)器剛度特性仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證052
3.3.4 與其他驅(qū)動(dòng)器規(guī)格對(duì)比055
3.4 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)建模及控制性能測(cè)試056
3.4.1 驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)建模056
3.4.2 驅(qū)動(dòng)器控制系統(tǒng)搭建058
3.4.3 力矩階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)059
3.4.4 正弦力矩跟蹤實(shí)驗(yàn)061
參考文獻(xiàn)063
第4章 基于多段梁的非線性剛度柔順元件設(shè)計(jì)064
4.1 柔性梁非線性剛度分析模型064
4.1.1 概述064
4.1.2 鏈?zhǔn)剿惴?65
4.1.3 偽剛體2R 模型067
4.1.4 基于偽剛體2R 模型的鏈?zhǔn)剿惴?69
4.2 面向非線性剛度驅(qū)動(dòng)器的柔順元件剛度分析074
4.2.1 柔順元件剛度分析模型074
4.2.2 柔順元件剛度仿真驗(yàn)證078
4.2.3 非線性剛度產(chǎn)生機(jī)理分析078
4.3 基于多段梁的非線性剛度柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)082
4.3.1 多段梁結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)082
4.3.2 基于多段梁的柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)例084
4.3.3 柔順元件剛度特性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證087
參考文獻(xiàn)090
第5章 基于滾子-凸輪懸臂梁機(jī)構(gòu)的非線性剛度柔順驅(qū)動(dòng)器092
5.1 基于滾子-凸輪懸臂梁機(jī)構(gòu)的非線性剛度柔順機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)092
5.1.1 彈性元件拓?fù)湓O(shè)計(jì)092
5.1.2 非線性剛度形成原理093
5.2 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器彈性元件設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證097
5.2.1 驅(qū)動(dòng)器彈性元件設(shè)計(jì)097
5.2.2 彈性元件的有限元仿真驗(yàn)證104
5.3 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和樣機(jī)設(shè)計(jì)109
5.3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)110
5.3.2 驅(qū)動(dòng)器關(guān)鍵零部件選型111
5.3.3 驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)設(shè)計(jì)112
5.4 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器給定剛度仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證113
5.5 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器控制性能分析114
5.5.1 驅(qū)動(dòng)器力矩控制性能分析115
5.5.2 驅(qū)動(dòng)器與不同剛度的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器性能對(duì)比117
5.5.3 驅(qū)動(dòng)器安全性能分析121
參考文獻(xiàn)122
第6章 基于滾子-凸輪板簧機(jī)構(gòu)的非線性剛度驅(qū)動(dòng)器控制策略124
6.1 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器控制策略124
6.1.1 位置控制策略及驗(yàn)證124
6.1.2 力矩控制策略及驗(yàn)證127
6.1.3 阻抗控制策略及驗(yàn)證131
6.2 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器消除外界干擾的補(bǔ)償算法133
6.2.1 基于力矩模型的狀態(tài)方程134
6.2.2 干擾觀測(cè)器建立135
6.2.3 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析136
6.2.4 干擾觀測(cè)器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證137
6.3 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器消除彈性元件遲滯的補(bǔ)償算法141
6.3.1 基于阻抗模型的狀態(tài)方程142
6.3.2 基于Bouc-wen 模型的算法原理143
6.3.3 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析145
6.3.4 消除遲滯模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證147
6.4 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)反饋控制器設(shè)計(jì)150
6.4.1 經(jīng)典PD 反饋控制的局限性151
6.4.2 參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)反饋控制器設(shè)計(jì)153
6.4.3 參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)反饋控制器性能分析155
6.4.4 參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)反饋控制器實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證159
參考文獻(xiàn)160
第7章 基于無(wú)滾子凸輪機(jī)構(gòu)的非線性剛度驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)163
7.1 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器原理163
7.1.1 非線性彈性機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)164
7.1.2 凸輪輪廓線設(shè)計(jì)164
7.2 非線性彈性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)分析和選取168
7.2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)分析168
7.2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)選取169
7.3 非線性彈性機(jī)構(gòu)摩擦力分析170
7.3.1 滑動(dòng)距離分析170
7.3.2 滑動(dòng)摩擦力能耗分析170
7.4 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器樣機(jī)設(shè)計(jì)及剛度特性驗(yàn)證171
7.4.1 驅(qū)動(dòng)器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)171
7.4.2 驅(qū)動(dòng)器剛度特性仿真及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證172
7.5 非線性剛度驅(qū)動(dòng)器控制性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試176
7.5.1 正弦力矩跟蹤和位置跟蹤性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試176
7.5.2 零力矩跟蹤性能實(shí)驗(yàn)測(cè)試177
參考文獻(xiàn)177
第8章 基于非線性剛度驅(qū)動(dòng)的柔性機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制178
8.1 三自由度柔性機(jī)器人設(shè)計(jì)178
8.1.1 柔性機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析178
8.1.2 柔性機(jī)器人樣機(jī)設(shè)計(jì)和硬件系統(tǒng)搭建181
8.2 基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的柔性機(jī)器人末端軌跡控制183
8.2.1 機(jī)器人模型和動(dòng)力學(xué)方程183
8.2.2 控制系統(tǒng)及狀態(tài)方程建立184
8.2.3 擴(kuò)展卡爾曼觀測(cè)器建立186
8.2.4 李雅普諾夫穩(wěn)定性分析187
8.2.5 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證189
8.3 基于一種終端滑模的機(jī)械臂末端軌跡控制192
8.3.1 基于Terminal 滑模控制的算法原理192
8.3.2 李雅普諾夫穩(wěn)定性及系統(tǒng)魯棒性分析194
8.3.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證196
參考文獻(xiàn)198
附錄199