课题基金 / 基金详情

基于功率耦合结构的传动比式可重构可调刚度致动器设计研究

批准号:
52075013
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
毕树生
依托单位:
学科分类:
机器人与机构学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
毕树生

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
腿式机器人在步行、奔跑、跳跃等不同动态任务阶段,对致动器的峰值输出力矩、输出功率、刚度调节速度、刚度调节范围、刚度调节精度及能量效率等性能要求不尽一致,性能指标之间差异性大且有时冲突,这是制约腿式机器人发展的关键因素。本申请拟重点研究可调刚度致动器刚度调节机构重构拓扑设计方法、致动器传动机构功率高耦合率设计方法、致动器输出力矩非线性自适应耦合控制策略及低能耗控制策略,在可调刚度致动器性能兼容性设计方法、功率高耦合传动机构设计思路、时变刚度功率调节机理等方面取得创新,研究成果有利于增强可调刚度致动器多模态任务适用性,解决限制致动器功率提升的瓶颈问题,消除刚度调节反力矩、摩擦力、阻尼力等非线性因素对致动器动力学控制模型的不利影响,提高腿式机器人动态动作精度,为推动高动态性能腿式机器人的发展提供理论支撑。
英文摘要
The legged robots have different performance requirements on the peak output torque, output power, stiffness adjustment speed, stiffness adjustment range, stiffness adjustment accuracy, and energy efficiency of the actuator under the conditions of walking, running or jumping dynamic tasks. The differences between the indicators are large or even conflict with each other, which is a key factor restricting the development of legged robots. This application intends to focus on the design method of on-line reconfiguration topologies of adjustable stiffness actuators, compact design methods of power coupling structures, adaptive torque coupling control strategies for output torque, and time-varying stiffness power modulation mechanisms to strive for the performance of adjustable stiffness actuators. There are innovations in compatibility design methods, high power density actuator design methods, non-linear adaptive control strategies, and controllability of power modulation output. The research results are conducive to enhancing the applicability of multi-modal tasks for adjustable stiffness actuators. Solve the bottleneck problem that restricts the power increase of the actuator, eliminate the adverse effects of non-linear factors such as stiffness adjustment reaction torque, friction, damping force on the dynamic control model of the actuator, improve the accuracy of the dynamic motion of the legged robot, The development of dynamic performance leg robots has very positive significance.
仿生腿式机器人在步行、奔跑、跳跃等不同动态任务阶段,对致动器的峰值输出力矩、输出功率、刚度调节速度、刚度调节范围、刚度调节精度及能量效率等性能要求不尽一致,性能指标之间差异性大且有时冲突,这是制约仿生腿式机器人技术及产业发展的关键因素。为解决以上部分问题,项目开展的研究工作如下:. 1)刚度调节模块可重构性设计方法及柔性扭转单元衍化设计方法研究。项目在可变导杆机构中引入扭簧,将刚性导杆机构衍变为由扭簧平衡的柔性导杆机构,通过调节输入端构件的长度和位置,实现了刚度调节模块的刚度调节和刚度特性在线重构;在不增加新构件的情况下,利用刚度调节模块基础构件衍化出平面式柔性扭转单元,有效缓解了柔性扭转单元承载能力与其变形能力之间的矛盾。. 2)协同驱动凸轮组模块载荷分布优化设计方法及双电机差速控制输出力矩耦合控制策略的研究。项目结合刚度调节模块特征,将对称连杆式协同驱动机构衍化为对称凸轮组协同驱动机构,提出了一种协同驱动的凸轮组模块设计方法,给出了基于最优载荷分布的凸轮曲线轮廓,为提高双电机驱动性能利用率、实现可变刚度致动器输出力矩增强提供了一种有效方式;项目将双电机当作位置源处理,提出了基于扰动观测器的输出端位置/刚度混合控制策略,试验证明该控制策略具有较高的变刚度位置跟踪精度和抗扰动跟踪性能。. 3)协同式可重构可调刚度致动器的研制。项目研制的致动器中,两个电机在位置控制和刚度调节中的作用完全相同,协同对输出端做功,提高了致动器力矩输出能力。致动器的可在线重构,可解决不同的任务需求状态下性能指标之间的冲突。. 4)Bezier柔性铰链的设计及柔性静平衡仪的开发。项目设计了一种基于Bezier曲线的新式交叉簧片柔性铰链,有效降低了柔性铰链的中心漂移量,提高了转动支撑精度。将Bezier柔性铰链作为柔性静平衡仪的支撑单元,提高了柔性静平衡仪的量程和测量精度,为研制更高品质的可重构可调刚度致动器提供了一种新的选择。
可调刚度柔性致动器的研究
  • 批准号:
    51675015
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    毕树生
  • 依托单位:
基于簧片式柔性铰链的柔性驱动器研究
  • 批准号:
    51275017
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    84.0万元
  • 批准年份:
    2012
  • 负责人:
    毕树生
  • 依托单位:
基于约束行为的柔性精微机构设计方法研究
  • 批准号:
    50975007
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    38.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    毕树生
  • 依托单位:
功能型广义柔性铰链的分析与设计
  • 批准号:
    50675007
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    28.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    毕树生
  • 依托单位:
国内基金
海外基金