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气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节位置/刚度控制
  • ISSN号:0577-6686
  • 期刊名称:《机械工程学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP242[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置] TP273[自动化与计算机技术—控制科学与工程;自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
  • 作者机构:[1]上海理工大学机械工程学院,上海200093, [2]上海大学机电工程与自动化学院,上海200072
  • 相关基金:国家自然科学基金(51375289,50975179); 上海市科委科研计划(13160502500)资助项目
中文摘要:

仿生关节是四足仿生机器人实现灵活跳跃、奔跑等高速复杂运动的基本要素。针对现有气动肌腱驱动的仿生关节难以实现设定刚度下的高精度位置控制问题,提出一种基于模糊神经网络补偿控制的拮抗式仿生关节位置/刚度控制新方法。建立关节位置/刚度解算模型,根据关节驱动力矩及设定刚度计算气动肌腱的理论充气压力;建立关节输出刚度计算模型,根据关节输出位置及气动肌腱的实际充气压力计算仿生关节的实际输出刚度;采用由模糊神经网络补偿控制器、PID控制器和模糊神经网络辨识器构成的模糊神经网络补偿控制结构实现对仿生关节的高精度位置控制。以FESTO公司MAS型气动肌腱驱动的拮抗式仿生关节为控制对象,进行关节位置/刚度控制的试验研究,对比PID控制和模糊神经网络补偿控制的位置控制精度,探究仿生关节刚度的动态响应。试验结果表明:模糊神经网络补偿控制方法的位置控制精度显著优于PID控制方法,位置控制精度由3°提高到0.6°;同时两种控制方法均能较好地跟随关节设定刚度,刚度跟踪精度均在1 N?m/rad内。

英文摘要:

Bionic joint is a fundamental element of quadruped bionic robot realizing high-speed and complicated movement such as flexible jumping, running and so on. In allusion to the problem that existing bionic joint driven by pneumatic muscles actuators is difficult to realize high precision position control under the setting stiffness, a new method of antagonistic bionic joint position/stiffness control based on fuzzy neural network compensation control is proposed. According to joint driving torque and setting stiffness, joint position/stiffness' s calculating model is built to compute theoretical pressure of pneumatic muscles actuators.According to joint's output position and actual pressure of pneumatic muscles actuators, joint output stiffness' s calculation model is built to compute actual output stiffness of bionic joint. The fuzzy neural network compensation control structure, composed of fuzzy neural network compensation controller, PID controller and fuzzy neural network identifier, is adopted to realize high precision position control of bionic joint. Taking MAS type pneumatic muscles actuators produced by FESTO Company as controlled object, the experimental study on joint position/stiffness control is carried out to compare the position control precision of PID control and fuzzy neural network compensation control, and explore the stiffness dynamic response of bionic joint. Experimental results show that: the position control precision of fuzzy neural network compensation control method is obviously superior to that of PID control method, position control precision is increased from 3° to 0.6°, and both of control methods are able to follow the joint's setting stiffness well, stiffness tracking precision is within 1 N?m/rad.

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期刊论文 26 会议论文 8 获奖 2 专利 7 著作 2
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期刊信息
  • 《机械工程学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国机械工程学会
  • 主编:宋天虎
  • 地址:北京百万庄大街22号
  • 邮编:100037
  • 邮箱:bianbo@cjmenet.com
  • 电话:010-88379907
  • 国际标准刊号:ISSN:0577-6686
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2187/TH
  • 邮发代号:2-362
  • 获奖情况:
  • 中国期刊奖,“中国期刊方阵”双高期刊
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:58603