课题基金 / 基金详情

三维仿生柔性机械臂的建模与运动控制方法研究

批准号:
62073063
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
郝丽娜
依托单位:
学科分类:
机器人学与智能系统
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
郝丽娜

项目摘要

结项摘要

郝丽娜的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
狭窄空间等受限环境下工作的机器人在生物医学、航空航天、工业生产及军事应用等行业的需求日益紧迫,仿生柔性机械臂以其轻质、灵活、易于适应复杂工作空间等特点成为该领域的研究热点。仿生柔性机械臂的结构主要包括仿生关节和柔性机械臂,建模与控制是其进一步应用的基础。不同于传统机械臂,智能材料驱动的仿生关节和柔性机械臂具有分布式驱动和柔性本体的特性,本项目的研究目标是针对上述特点,探究智能材料在驱动器上的合理应用,提出分布式参数系统的混合智能建模与分形边界控制框架。.本项目的主要研究内容有:(1)仿生驱动器运动机理研究;(2)仿生驱动器建模方法与运动控制策略研究;(3)三维仿生柔性机械臂的力学建模;(4)三维柔性机械臂的运动控制方法;(5)设计原理样机,通过实验验证本项目理论研究成果的正确性和实际效用。
英文摘要
Robots working in restricted environments such as narrow spaces are increasingly pressing in biomedical, aerospace, industrial production, and military applications. Bionic flexible manipulator are lightweight, flexible, and easy to adapt to complex workspaces. The characteristics make it a research hotspot in this field. The structure of the bionic flexible manipulator mainly includes a bionic joint and a flexible manipulator, and modeling and motion control are the basis for its further application. Unlike traditional manipulators, the bionic joints and flexible manipulators driven by smart materials have the characteristics of distributed drives and flexible bodies. The research goal of this project is to explore the reasonable application of smart materials on actuators based on the above characteristics and to propose distributed parameters system's hybrid intelligent modeling and fractal boundary control framework..The main research contents of this project are as follows: (1) Research on the motion mechanism of the bionic drive; (2) Research on the modeling method and motion control strategy of the bionic drive; (3) Mechanical modeling of the three-dimensional bionic flexible manipulator; (4)Motion control method of three-dimensional flexible manipulator; (5) Design principle prototype and verify the correctness and practical effectiveness of the theoretical research results of this project through experiments.
本研究重点探索三维仿生柔性机械臂的设计、非线性建模与控制方法。系统总结典型了生物体骨骼肌非线性弹性的力—变形关系、人工肌肉(气动人工肌肉PAM、SMA、电致形变材料等)驱动器机理模型、SMA-鱼线肌肉复合型人工肌肉制备及性能测试。得到的重要成果是:对于自制气动肌肉在等压实验中得到的输出力-长度曲线,类似于由肱二头肌、股三头肌、腓肠肌等的人体骨骼肌张力与长度关系曲线,同时验证了气动肌肉的力-速度特性与生物骨骼肌极为相似,这些为PAM在仿生领域应用提供了重要理论支撑。设计加工了人工肌肉驱动的拮抗式仿生关节;建立了仿生关节的运动学和动力学模型;完成了仿生关节动力学模型的灵敏度分析、仿生关节动力学模型的仿真分析和仿生关节运动控制及抗干扰性能实验。设计、加工、验证了三维仿生柔性机械臂的拮抗式肘关节性能。气动人工肌肉驱动器具备独特的非线性特性,通过基于物理模型的神经网络方法,提出了其精准力学模型的构建方法。同时,研究柔性机械臂运动学、动力学模型、灵敏度分析与仿真分析;针对典型受限环境,研究了基于预设性能控制器、变刚度控制、分数阶控制边界方法和强化学习策略等,有效解决了柔性机械臂的分布式参数建模和分层自适应控制策略,实现高效的非线性动态控制。针对数字样机方面,针对三维仿生柔性机械臂改进了基于PILCO 的强化学习,用LSTM网络对其进行建模,完成虚拟环境中策略训练;基于策略微调的迁移方法将仿真训练的策略用于真实机械臂,达到控制目标。该研究将在工业自动化、医疗康复和服务机器人等领域具有重要的应用前景。完成的研究成果如下:.1) 在国内外高水平学术杂志发表SCI/EI收录论文30篇; .2) 参加 6次机器人研究领域的国际学术会议,并发表论文; .3) 申请 1 项发明专利;.4) 已毕业博士生5名,硕士生3名,在读博士生2名,在读硕士生1名 。.5)本项目完成的基于预设性能控制器等相关成果获得中国自动化学会科技进步奖二等奖,排名第七。
复杂受限环境下多自由度机械臂高性能运动调控方法研究
  • 批准号:
    62573107
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    50.00万元
  • 批准年份:
    2025
  • 负责人:
    郝丽娜
  • 依托单位:
提高微操作机器人性能的若干关键基础问题研究
  • 批准号:
    61573093
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    64.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    郝丽娜
  • 依托单位:
IPMC人工肌肉致动性能改进方法与理论研究
  • 批准号:
    51075066
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    郝丽娜
  • 依托单位:
人工肌肉微操作器件的建模、感知和控制理论与方法的研究
  • 批准号:
    60675050
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    郝丽娜
  • 依托单位:
国内基金
海外基金