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《长春工业大学》 2012年
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康复按摩机器人手臂控制系统研究

韩跃营  
【摘要】:中医按摩是传统中医治疗腰腿疼痛、关节炎症等老年性身体疾病的有效手段,具有悠久的历史。康复按摩机器人是服务机器人中的一种,它是以传统中医按摩理论为基础,结合机器人定位精度高,按摩力量精确可控,动作可准确重复,不会产生疲劳等特点,构建的中医按摩机器人平台。康复按摩机器人手臂是康复按摩机器人的重要组成部分,康复按摩机器人手臂采用四自由度串联形式,其控制系统的优劣决定了康复按摩机器人的末端执行器能否平稳传动与精确定位,直接关系到按摩的效果,康复按摩机器人手臂控制系统是康复按摩机器人手臂的关键技术。 在深入分析康复按摩机器人手臂工作机理的基础上,首先,应用MATLAB软件分析机器人手臂的工作空间,以PC+PMAC运动控制器作为机器人手臂的控制核心,以Copley数字伺服驱动器与Maxon直流无刷伺服电机作为驱动单元,设计并搭建了康复按摩机器人手臂的硬件控制平台,并对其进行调试完善。 其次,建立了康复按摩机器人手臂D-H坐标系,采用拉格朗日功能平衡法建立康复按摩机器人手臂的动力学模型,求出各关节电机的输出转矩,应用基尔霍夫定律与转矩平衡方程式,计算出关节电机的瞬时传递函数并进行实例验证。 再次,建立了单关节电机的三闭环系统的控制模型,采用遗传算法根据手臂的瞬时传递函数快捷计算出系统参数方程的最优PID参数值,利用最小二乘法将遗传算法计算出的数据进行二次曲线拟合,得出各关节转角与PID参数之间的函数方程,提出了“一步超前”最小二乘算法,从而提高了参数估计的收敛速度,实现了控制系统PID参数的自整定,应用MATLAB软件对康复按摩机器人手臂进行了机电混合仿真分析。 最后,采用VC++开发了康复按摩机器人手臂控制系统的软件,实验数据表明机器人手臂的位置重复精度与施加力量后的运行情况能够满足康复按摩机器人的技术要求。
【学位授予单位】:长春工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TP242

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