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头盔伺服系统的主动柔顺控制
  • ISSN号:1000-6893
  • 期刊名称:《航空学报》
  • 时间:0
  • 分类:V244[航空宇航科学与技术—飞行器设计;航空宇航科学技术] TH113[机械工程—机械设计及理论]
  • 作者机构:[1]南京航空航天大学民航学院,江苏南京210016
  • 相关基金:国家自然科学基金(61039002); 江苏省2010年度普通高校研究生科研创新计划(CX10B_103Z); 南京航空航天大学基本科研业务费专项科研项目(NS2010180)
中文摘要:

对头盔伺服系统(HMDPM)主动柔顺控制策略的主要内容———轨迹规划和控制方法进行了研究。首先,采用基于力反馈和滑动杆动力学模型的头部运动预测法进行轨迹规划,该方法利用并联机构(PM)分支杆长与运动平台位姿间的映射关系,通过力反馈信息和6-3UPS并联机构滑动杆动力学模型对头部运动进行预测,为头盔伺服系统的位置控制提供期望轨迹;然后,基于头盔伺服系统的动力学模型对系统的惯性项和非线性项进行了计算,设计了惯性项和非线性项补偿控制器,在进行头部运动跟踪的同时,实现了头盔显示器与头部间接触力的控制;最后,采用SimMechanics模块建立了HMDPM—人交互模型,并进行了相关验证实验。仿真结果表明,基于力反馈和滑动副滑动杆动力学模型的头部运动预测法能实时地、较为准确地预测出头部运动位置;基于动力学模型的惯性和非线性项补偿控制器不仅可以较为准确地跟踪头部运动,而且还能有效地减小头盔显示器与头部间的接触力,降低执行机构的刚度、减少系统摩擦力等非线性因素对使用者的干扰。

英文摘要:

In this paper, an active compliance control strategy and its key elements for helmet mounted display with parallel manipulator (HMDPM) is investigated. Firstly, the methodology of predicting head motion based on force feedback and a dynamic model of the extensible leg of a 6-3UPS parallel manipulator (PM) is proposed to plan the trajectory. Based on the relationship between the length of the extensible leg and the position and orientation of the platform, the information of head motion is predicted by means of sensor datum and solution of the dynamic model of the extensible leg, and then it is used as the desired trajectory of HMDPM position control. Secondly, the inertia term and nonlinear term of the HMDPM dynamic model are calculated, and the compensations of them are considered in the design of the HMDPM controller so that the contact force between head and helmet will be controlled easily while tracking control of the head is progressing. Finally, the SimMechanics module in MATLAB is adopted to construct a human-robot interactive model of HMDPM, and the feasibility of the novel control strategy is verified by developing some related numerical simulations. The simulations show that head motion will be predicted rapidly and precisely using the proposed method, and the stiffness of HMDPM and contact force are reduced evidently by compensating for the inertia term and the nonlinear term in the HMDPM controller while tracking control of the head is conducted, and user comfort is obviously enhanced.

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期刊信息
  • 《航空学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国航空学会
  • 主编:孙晓峰
  • 地址:北京海淀区学院路37号
  • 邮编:100083
  • 邮箱:hkxb@buaa.edu.cn
  • 电话:010-82317058 82318016
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-6893
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1929/V
  • 邮发代号:82-148
  • 获奖情况:
  • 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,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,美国应用力学评论,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:24676