基于RSEA的柔順機械臂的設計與控制研究專業：機械工程答辯人:谷小旭學號：13125870導師：張秀麗1一、課題研究背景二、國內外研究現狀三、研究目標與內容四、預期成果五、進度安排主要內容2一、課題研究背景研究背景

3服務機器人目前正在成為研究熱點，將來走進人類的日常生活，機器人與人的交互也會更加頻繁，如何確保人機交互的安全性成為關注點。措施柔順化主動柔順被動柔順柔順控制材料、結構柔順本課題研究內容4二、國內外研究現狀（1）仿生柔順機械臂的研究和應用現狀（2）結構柔順的研究現狀（3）控制柔順的研究現狀

5仿生柔順機械臂的研究和應用現狀柔順機械臂6二、國內外研究現狀（1）仿生柔順機械臂的研究和應用現狀（2）結構柔順的研究現狀（3）控制柔順的研究現狀

結構柔順的研究現狀結構柔順方法人工肌肉7串聯彈性驅動器SeriesElasticActuator-SEA電驅動器液壓驅動器控制技術不成熟，精度不高應用門檻高，噪音、漏油系統特性較硬，柔順效果不佳串聯彈性驅動器：在驅動和執行模塊之間添加彈性元件，使驅動和負載之間有柔性緩沖串聯彈性驅動器線性運動：SEA旋轉運動：RSEA89二、國內外研究現狀（1）仿生柔順機械臂的研究和應用現狀（2）結構柔順的研究現狀（3）控制柔順的研究現狀

控制柔順的研究現狀10阻抗控制接觸力控制虛擬模型控制基于動力學模型的控制基于剛體動力學模型的力位雙閉環控制常用的柔順控制方法控制柔順：基于力或力矩控制模式來實現的主動柔順。11三、研究目標與內容研究目標：仿照人體手臂，基于RSEA模塊，設計一款三自由度機械臂，在控制系統作用下能柔順的進行空間三維運動。研究內容：1、SEA模塊設計；2、機械臂結構設計；3、機械樣機加工組裝；4、控制算法研究編寫；5、在平臺上實驗，驗證分析。RSEA結構設計方案12方案一：扭簧式不能雙向可逆傳動思路：依據彈性元件的不同RSEA結構設計方案13結構復雜，不夠緊湊方案二：壓簧搖臂式RSEA結構設計方案14結構緊湊易模塊化方案三：輪盤式機械臂整體結構15三自由度：肩關節兩個，肘關節一個參照人體主要尺寸：上臂：333mm；小臂：253mm（身高170cm中國成年男性尺寸）控制系統16DynamixelAX－64機器人舵機控制系統171、電機選型RX-64重量（g）116g減速比1/200輸入電壓（V）15V18V最大扭矩（kgf·cm）5364轉速（s/60度）0.1980.1922、傳感器選型TRD-系列增量式編碼器項目TRD-J系列外觀φ50×50mm，軸徑：φ8mm分辨率10～5000脈沖/轉輸出信號形式A·B兩相＋Z相最高響應頻率50kHz允許最高轉速5000rpm電源電壓DC4.75V～30V啟動扭矩≤0.003N·m控制系統183、控制策略初步方案是采用力PID閉環控制；四、預期成果根據本課題的要求，課題預期成果如下：1．完成實驗平臺的搭建，包括機器人樣機及其控制和運動評價系統；2．完成柔順機械臂的運動空間規劃和動力學仿真實驗；3．設計完成實驗；4．擬發表學術論文1篇，撰寫并申請專利1項，擬申請專利：一種新型的輪盤式轉動SEA。19五、進度安排時間安排具體任務準備階段2014年3-4月了解課題背景，閱讀相關文獻2014年05月設計SEA模塊及機械臂方案開題階段2014年06月查閱有關的文獻資料，深入了解其理論研究方法和國內外研究進展，撰寫文獻綜述和開題報告，參加開題答辯實施階段2014年07月進行機械系統的完善設計并出圖加工、裝配調試2014年8月~2014年9月進行軌跡規劃和動力學仿真，研究控制算法2014年010月~2014年11月調試傳感器，編寫完整控制程序；將電路硬件安裝到機械本體上2014年12月~2015年1月基于平臺進行柔順性和安全性試驗2015年3月~2015年