并联机构仿生肌肉控制技术研究

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近几年,随着科技的不断进步,特别是人工智能的崛起,与之密切相关的机器人研究也在飞速发展。其中,仿生机器人作为机器人研究领域中的热点,越来越引起各国科研人员的关注,如今已经取得很多优秀的成果。本文提出一种仿生肌肉控制策略,其本质上是一种采用肌肉模型去设计可变导纳控制器的柔顺运动控制策略,属于运动行为的仿生,将在并联机构平台上展开对该策略的相关研究。本文首先对肌肉模型和机器人柔顺运动控制进行了调研,并对其近几年的研究成果进行分析,进而确定了仿生肌肉控制研究的内容和方法。接着,在Hill型肌肉模型的基础上,提出虚拟主动肌-拮抗肌模型,设计应用于关节的可变导纳控制器,完成对仿生肌肉控制的数学建模。然后,将仿生肌肉控制应用于并联机构上,设计相应的控制框架,将其与PID控制和刚度自适应控制相结合,另外对并联机构进行逆运动学分析,通过联合仿真验证仿生肌肉控制能够使相应关节产生柔顺性行为,并呈现出肌肉样的功能,分析肌肉参数对控制效果的影响。其中,刚度自适应控制通过设计期望刚度模型和双速率积分学习模型,实时调节刚度系数,使得仿生肌肉控制的输出即关节的偏转角度大小适中,满足关节柔顺性适度的要求。最后,通过搭建并联机构实验平台,将仿生肌肉控制算法在实验平台上进行实现。在进行实验前,对并联机构的硬件系统进行掌握,接着主要是在Lab VIEW软件中进行相应程序的模块化编译。在硬件系统和软件程序准备完成后,设计实验过程并完成实验,对实验结果进行分析,验证仿生肌肉控制算法、刚度自适应控制算法以及姿态闭环控制算法的有效性和合理性。
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