一、结构被动变刚度控制系统（论文文献综述）
曲祥旭,曹东兴,张姗[1]（2021）在《一种扭簧变刚度柔性关节的设计与研究》文中进行了进一步梳理变刚度关节由于其固有的柔性特征,可实现人与机器人在非结构化环境下的安全交互。针对扭簧扭转时中径发生改变提出了一种具有非线性刚度的紧凑型柔性关节,并满足常用的力作用情景"小载荷,低刚度;大载荷,高刚度"。首先,给出柔性关节模型,采用扭簧以及开口套作为基本弹性元件,通过调节螺母滑块的位置,使钢球挤压开口套并改变扭簧中径,实现对关节的刚度调节。其次,结合弹性变形理论,分析描述了柔性关节中弹性元件的力学本构方程和截面应力分布规律,得到关节的转角、扭矩及刚度间的关系。最后,根据关节转动不同角度以及施加不同载荷以获取扭矩与刚度变化的仿真数据,结果表明该柔性关节的设计是有效的,同时,可为研究该类扭簧变刚度的力学行为提供理论参考。
许亚鹏[2]（2021）在《被动柔性变刚度执行器及其特性研究》文中研究说明在康复训练、助行助力、机械假肢、工业生产、特种任务等人-机器人或机器人-环境物理交互中,高安全性和强柔顺性是交互式机器人的两个共性关键指标。关节是驱动机器人本体运动并满足这两条关键指标的核心执行器。从物理硬件层面,在执行器传动链上引入弹性元件,执行器将具备固有柔顺属性,称为被动柔性执行器,可大大降低反射惯量和柔顺控制难度,且具有一定的被动弹性储能和力感知能力,人机交互体验好,固有安全性高。相比于传统的刚性传动执行器或定刚度弹性执行器,可变刚度执行器（Variable Stiffness Actuator,VSA）具备刚度调节范围广、被动弹性储能容量大、任务适应能力强、控制带宽灵活性好、安全性高等优势,适合于要求兼顾安全性和控制精度的物理交互型机器人。然而,额外引入的调刚机构大大增加了 VSA的设计复杂性和控制难度。如何通过紧凑性设计使VSA同时具备大范围、高速度、低能耗、弱耦合的主动刚度调节能力、精确的弹性力/力矩感知能力、较高的功率密度,是性能优异的VSA所面临的重大挑战。而VSA无法避免的非线性运动耦合扰动及系统复杂不确定性导致的控制器设计难度则是对其精确运动控制与拓展应用的主要障碍。本研究以突破上述挑战和障碍为目标,围绕变刚度执行器的设计与控制及其特性,进行相关理论、方法、技术与实验研究,主要内容如下:（1）以刚度调节范围广、响应快、阻力小为三大首要设计目标,结合现有变刚度原理优势,提出变弹性体结构参数的变刚度原理,设计相应的弹性元件及其应用方案,然后建立执行器的刚度模型,仿真分析所提出原理的刚度、弹性扭矩、被动弹性能及调刚阻扭矩的变化特性,并详细分析执行器最大弹性偏转量的多种约束条件,进而设计相应的约束机构,以保证执行器的弹性力力矩感知能力。（2）从旋转式VSA的应用背景出发,分析其基本构成,进而确定设计要求,然后提出VSA的总体设计方案,结合所提出的变刚度原理与VSA总体设计方案,对关键元件的选型进行分析,完成被动柔性变刚度执行器的机-电-控系统物理样机开发（命名为S3VSA）,最终对所开发的S3VSA进行调刚性能测试,辨识其静态刚度特性、考察其调刚速度和实际调节能耗,并分析其调刚分辨率的变化特性。（3）针对S3VSA的运动耦合扰动抑制问题,提出了基于扰动观测器的双环非线性控制器。首先,建立执行器的动力学模型并分析系统扰动,根据误差动态设计出非线性扰动观测器对耦合扰动进行估计,进而设计执行器的内、外环位置跟踪控制器,利用李雅普诺夫理论证明其稳定性,分析控制器参数整定原则,最终在多种刚度和负载变化情况下进行对比实验验证。（4）针对S3VSA的复杂动力学建模引起的控制器设计困难问题,以S3VSA在任务空间中的学习自适应控制为研究焦点,首先对控制问题分析得到控制目标,然后基于增量式学习的局部加权理论提出复合学习控制算法,以S3VSA反馈为样本点,利用复合学习算法更新局部加权线性回归中的模型参数,由局部加权学习将各个接受域的估计值进行增量式加权计算,进而得到执行器的内外环动力学估计,并利用李雅普诺夫理论证明控制器的稳定性和收敛性,最终通过对比实验验证所提出算法的泛化能力。（5）基于所设计的S3VSA及相关算法分析并验证其在碰撞模拟应用中的安全应对性能,以及在周期运动模拟应用中的节能效果。首先提出了基于执行器偏转量变化率和能量法结合的碰撞在线监测方法,进而设计了基于柔性关节的事件后安全应对策略,并基于所提出的DNC控制算法进行了安全碰撞对比实验,验证S3VSA的安全应对性能;然后,分析S3VSA的动态特性,探究其功耗最低所需满足的刚度动态,在定刚度、变刚度和刚性传动模式下进行了对比实验,验证了S3VSA的节能效果;最终将S3VSA与一些经典的VSA方案进行了综合性能对比,证实了 S3VSA在紧凑性、调刚速度与能耗、功率密度等方面所具有的竞争力。
魏强[3]（2021）在《面向康复训练的下肢外骨骼系统集成与主动控制技术研究》文中进行了进一步梳理随着社会经济发展及老龄化人口增长,由心脑血管疾病及意外损伤引起的下肢运动功能障碍频发,严重影响了患者个体的日常生活与工作。下肢外骨骼机器人作为能够帮助下肢运动功能障碍人群进行康复治疗的新型康复设备,在提升康复效果、节省人力物力等方面具有优势。目前,下肢外骨骼机器人正逐步转入市场推广,然而在实际应用方面仍存在许多共性问题,如外骨骼系统会给用户造成较大承重负载、人-机运动不协调、控制方案中未融入人体主观运动意图、外骨骼步态多为仿生理论生成不具备人体个性化特征等。以上问题会导致用户在康复训练中参与度低,依从性差,进而影响康复效果。本文针对目前研究中存在的部分共性问题,设计集成了系列化的下肢外骨骼系统,以此为基础面向不同应用对象给出了不同主动控制策略中的关键技术方案,具体如下:（1）针对下肢外骨骼控制中人-机运动不协调问题,从人-机刚度匹配角度设计基于人体变刚度技能传递的下肢外骨骼协同控制方案。首先建立由肌肉活动水平调制的人体关节刚度估计模型,实现由表面肌电（surface electromyography,sEMG）信号对关节刚度的实时估计;然后构建外骨骼动力学与关节可变阻抗模型,采用模糊估计器逼近未知动力学动态参数,同时设计人-机协同控制器,并通过Lyapunov直接法证明了在人-机刚度匹配及动力学模型估计中产生的误差的有界性;最后通过实验开展验证,结果显示了该控制方案的可行性与对人-机协调性提升方面的有效性。（2）针对控制方案中未融入人体主观运动意图问题,提出基于连续运动意图识别的随动下肢外骨骼主动控制方案。首先结合双目相机与OpenPose算法获取人体的三维跟踪信息,解决双目相机获取深度信息时复杂的特征点匹配问题,建立移动辅助架非完整约束下的运动学模型,设计对人体位置实时随动跟踪的速度控制器;其次,设计基于长短时记忆（long short-term memory,LSTM）的神经网络模型用于多通道sEMG信号到关节角度的连续映射,以获取人体运动意图;然后,为判断步行运动模式,提出基于足底力分布特征的步态相位识别方法,设计基于屏障Lyapunov函数的轨迹跟踪控制器,利用屏障Lyapunov函数来确保系统未知非线性项的有界性,从而实现全局渐近跟踪;最后通过实验开展验证,结果显示了整体控制方案的有效性,并通过实验对比结果验证了 LSTM网络模型对关节角度比传统方法预测精度高,以及在设计的轨迹跟踪控制器作用下会有更小的跟踪误差。（3）针对下肢外骨骼步态不具备人体个性化特征问题,设计结合虚拟现实（virtual reality,VR）技术与由脑电（electroencephalogram,EEG）信号解码的外骨骼主动步态生成方案。首先,提出一种基于高斯过程回归（gaussian process regression,GPR）的关键步态参数预测方法,以预测的关键步态参数构造步态轨迹的约束条件,由多项式插值规划获得人体单步个性化步态轨迹。然后,为形成连续运动步态,提出以运动想象下的EEG信号对单步运动分类触发的方法,创新性地结合了 VR技术,避免了利用视觉刺激等诱发手段产生EEG信号而引起的视觉疲劳。一方面,开发以森林、草地为主题环境的VR场景,设置相关标记提示用户进行分类动作的运动想象。另一方面,由共空间模式（common spatial pattern,CSP）算法提取EEG信号特征,基于支持向量机（support vector machine,SVM）对行走/停止运动想象时的EEG信号进行分类。最后,通过实验验证了方案的有效性,结果显示生成的GPR模型对关键步态参数预测误差率为5%左右,同自发运动想象相比VR环境下更容易产生差异性的EEG信号。
范磊[4]（2021）在《下肢康复机器人柔性膝关节设计与控制策略研究》文中研究指明随着我国人口老龄化问题的加剧和人民生活水平的提高,大量的残疾障碍患者和老年人需要康复医疗设备,下肢康复机器人可以有效缓解我国康复医疗资源的紧缺。传统机器人关节采用高刚度的结构设计和高精度的位置控制,可以实现机器人在结构化环境下的高效率和高精度要求,但是这种刚性关节却难以满足下肢康复机器人在非结构化环境下对人机交互安全性和环境适应性的需求。针对这个问题,本课题设计一种仿人类膝关节运动特性、可以实现主动和被动变刚度的下肢康复机器人柔性膝关节,分析柔性膝关节的变刚度特性,对其位置跟踪控制方法进行研究,并进行仿真和物理样机验证。本课题的主要研究内容有以下几点:（1）下肢康复机器人柔性膝关节结构设计。为了解决传统刚性关节无法实现抗冲击、能量储存释放、柔顺力输出等问题,模仿人类膝关节运动特性,根据柔性膝关节变刚度方案设计要求,设计一种结合凸轮和杠杆机构原理优点的变刚度方案。根据设计的变刚度方案设计一种可以实现主动和被动变刚度的柔顺力输出柔性膝关节,并采用ANSYS软件对柔性膝关节的薄弱部件凸轮盘进行强度校核,结果表明设计的凸轮盘满足结构强度要求。（2）下肢康复机器人柔性膝关节变刚度特性分析。为了验证本课题设计的柔性膝关节可以有效实现主动、被动变刚度和柔顺力输出,建立柔性膝关节的机构运动数学模型,推导柔性膝关节系统等效刚度的数学模型,采用MATLAB软件进行柔性膝关节的变刚度特性和柔顺力输出特性仿真,仿真结果表明设计的柔性膝关节可以有效实现主动、被动变刚度和柔顺力输出。（3）下肢康复机器人柔性膝关节运动控制策略研究。为了实现柔性膝关节的精确位置跟踪控制,建立柔性膝关节的动力学模型,将柔性膝关节的刚度参数加入反演控制器中,设计用于柔性膝关节运动控制的反演控制器,采用神经网络实现反演控制器非线性未知项的逼近,设计用于柔性膝关节运动控制的神经网络反演控制器。采用MATLAB软件对柔性膝关节的运动控制方法进行仿真,仿真结果表明设计的神经网络反演控制器可以有效实现柔性膝关节的精确位置跟踪控制。（4）下肢康复机器人柔性膝关节样机试验研究。根据设计的柔性膝关节结构,制造加工相关零部件并进行装配,搭建物理样机试验平台,对柔性膝关节的输出特性进行试验。试验结果表明本课题设计的柔性膝关节可以有效实现主动、被动变刚度和柔顺力输出。
赵晨名[5]（2021）在《基于准零刚度的机器人制孔系统半主动环境振动抑制方法》文中指出在飞机制造装配车间中,车间内大型机械设备的运行以及附近重型车辆的行驶会引起环境振动。环境振动通过地面传递到机器人自动制孔系统,造成系统的动态误差,致使位置补偿和刚度补偿技术对误差的补偿难度大大提高。因此需要对机器人自动制孔系统所受到的环境振动进行有效控制。本文通过分析系统结构参数对抑振效果的影响,在研究变刚度变阻尼技术发展现状的基础上,提出基于准零刚度被动振动控制系统的半主动环境振动抑制方法。主要研究内容如下:1.建立基于准零刚度结构的被动振动控制系统,通过静力学分析研究刚度比和结构参数对力-位移和刚度-位移曲线的影响。在保证被动振动控制系统稳定运行且实现准零刚度特性的前提下,确定合适的系统参数范围;在动力学特性分析的基础上,建立系统的运动微分方程,通过谐波平衡法求解获得系统的幅频关系;考虑到准零刚度被动振动控制系统的强非线性因素,通过定量分析方法确定实现系统稳定运行的参数临界条件;研究了刚度比、阻尼系数、激励幅值等参数对被动振动控制控制系统绝对位移传递率的影响。2.通过分析飞机装配车间环境振动的特性,探究环境振动对准零刚度被动振动控制系统和线性被动振动控制系统抑振效果的影响。考虑到被动系统在环境振动激励条件下存在抑振范围的局限性,依据刚度比对绝对位移传递率的影响,为被动振动控制系统引入刚度参数调节,实现对系统振动抑制效果的优化;根据变刚度方法的理论分析,提出基于滚珠丝杠直线模组的机械变刚度方案。3.通过分析外部激励幅值变化对准零刚度被动振动控制系统稳定性的影响,本研究确定了系统的防跳跃条件;采用数值方法,寻找阻尼系数与临界激励幅值的关系,并通过数据拟合获取近似的函数关系式;在变阻尼方法理论分析的基础上,提出剪切阀式双出杆磁流变阻尼器的变阻尼方案。4.根据所设计环境振动控制虚拟样机的结构参数和理论分析确定的参数范围,设计ADAMS虚拟仿真实验;分别在分段变频率和分段变频率、变幅值的外部激励条件下,验证了基于准零刚度的机器人制孔系统半主动环境振动抑制方法的有效性。
郑鹏伟[6]（2020）在《基于温控形状记忆合金的被动柔性变刚度关节研究》文中提出柔性变刚度指的是可以独立在系统输出端外柔性地对系统刚度进行改变,从而改变系统环境的一种适应能力,在安全人机交互的研究构建上优势巨显。被动柔性变刚度关节一般是对系统中机械弹性元件进行结构特性上的调节,以此来达到改变关节的刚度特性目的,得到了国内外学者的广泛关注。本文致力于探索温控形状记忆合金在被动柔性变刚度系统应用的可行性,结合串联弹性执行器（SEA）实现直线式被动刚度调节,通过温控形状记忆合金弹性体的温度控制进行了关节的刚度控制,探索了温控形状记忆合金在被动柔性变刚度系统应用的可行性。主要研究内容如下:首先,分析了柔性执行器的功能需求,提出了基于温控形状记忆合金的变刚度关节设计方案,制作了试验样机,对关节构成部件进行了设计与选型,对关节的刚度调节范围及变刚度方式进行了阐述。其次,设计了关节输出位置闭环控制器,构建了关节动力学模型,获得了变刚度关节电机电压输入—关节位置输出之间的传递函数;实现了变刚度执行器末端位置闭环控制;基于Matlab/Simulink仿真平台进行了变刚度关节系统模糊PID位置控制器仿真分析。再次,基于被动变刚度关节闭环控制器的需求,对驱动系统进行了硬件配置,搭建了基于BECKHOFF/TwinCAT实时控制系统的硬件驱动系统实验平台,编制了闭环实时控制程序,完成了对被动变刚度关节的位置控制。最后,对温控形状记忆合金弹性体进行了静态刚度实验,证实了形状记忆合金弹性体作为弹性体的变刚度性能;并对处在不同刚度状态的关节系统进行了位置阶跃信号跟踪实验和正弦轨迹信号跟踪实验,实验结果验证了温控形状记忆合金在被动柔性变刚度系统中应用的可行性。
李忠涛[7]（2020）在《共融机器人新型超柔性关节设计与控制研究》文中提出随着新领域、新任务、新对象的不断涌现,室外非结构自然环境下传统的轮式机器人、刚性机械臂以及足式机械腿等已经不能够再满足新的生产、生活要求,作为能与作业环境、人和其它机器人自然交互、自主适应复杂动态环境并协同作业的共融机器人（Coexisting-Cooperative-Cognitive Robots,Tri-Co Robots）应运而生。传统机器人关节属于刚性关节,存在人机交互安全性低、不具备力矩自感知功能、刚度不可调节等弊端,不适用于具有特殊性能需求的共融机器人。为了解决现有机器人关节不能有效实现超柔性力输出等关键问题,提高共融机器人的人-机-环境安全交互,本课题通过研制新一代的新型仿生柔性关节,为共融机器人提供重要的关键基础技术保障。论文主要的研究工作包括:（1）共融机器人关节超柔性理论准则与新型SEA。基于对国内外现有的串联弹性驱动器（series elastic actuator,SEA）及共融机器人柔性关节进行特性分析,提出共融机器人关节的超柔性理论准则这一“主准则”以及四个“次准则”,通过分析得到两条超柔性关节的基本性质。剖析基于凸轮和杠杆两种SEA机构的各自特点,建立变刚度杠杆SEA机构柔性输出数学模型,并进行详细的输出特性仿真分析。最后提出一种新型超柔性力双向输出SEA结构,并对该机构进行输出特性分析与数学模型建立。（2）新型超柔性关节NSFRJ设计、分析与试验。基于共融机器人关节超柔性理论准则,参考新型SEA结构并融入刚性驱动模块,提出一种基于“逆拮抗”双边对称式柔性传动机构的共融机器人新型超柔性关节（novel super-flexible robot joint,NSFRJ）。对关节进行机构运动特性分析,推导出关节系统等效刚度数学模型并进行仿真分析,仿真结果表明NSFRJ关节符合设计要求。通过制作关节样机并搭建试验平台,进行柔顺特性输出试验,试验结果显示NSFRJ关节样机柔顺输出力矩与仿真结果基本吻合,表明NSFRJ关节不仅能够完成刚度的主-被动调节,还可以有效实现超柔性力输出。（3）NSFRJ关节运动控制方法研究。通过建立NSFRJ关节的动力学数学模型,并将关节的动力学方程转化为状态方程的形式,将NSFRJ关节的运动精度控制问题转化为关节的节点目标对象跟踪期望目标指令问题。考虑NSFRJ关节的柔性变刚度特性,将关节变刚度因子融入传统的反演控制器中,建立考虑变刚度因子的反演控制方法。最后通过仿真分析得到关节在控制下的时实际运动轨迹,结果表明该控制方法能够有效实现NSFRJ关节的精准运动控制,且控制对象误差收敛于零。
彭军[8]（2020）在《基于压电作动的变刚度半主动振动控制器设计与控制研究》文中进行了进一步梳理由于固有刚度不足,机器人自动制孔系统在外部激励的作用下,会导致振动甚至颤振,严重影响加工质量。应用位置与刚度补偿技术对静刚度不足所造成的静态误差补偿效果较好,但对于工件薄壁振动,钻削振动和振动钻削附加振动引起的钻削系统耦合振动所造成的动态误差补偿效果不佳,因此需对机器人自动制孔过程中产生的振动进行有效控制。本文通过对国内外关于主动振动控制器与被动振动控制器研究现状的分析,提出了一种基于压电作动的变刚度半主动振动控制器;为其建立了动力学模型,并根据动力学模型精确设计了振动控制器结构;最后进行压电作动器变刚度控制。其主要研究内容如下:1、建立了机器人自动制孔系统被动振动控制器动力学模型;分析了振动控制系统参数对机器人末端执行器绝对位移传递率的影响;通过优化算法得出了振动控制器最优参数;在最优参数下验证了所建模型的准确性;并分析了被动振动控制器振动控制效果,为变刚度半主动振动控制器的设计做理论准备。2、在被动振动控制器的基础上加入变刚度半主动振动控制,以压电陶瓷材料作为驱动器改变动力吸振器刚度;建立了基于压电作动的变刚度半主动振动控制器模型;分析得到了动力吸振器最优刚度与外部激励频率的关系;采用中心差分法验证了其振动控制效果优于被动振动控制器。3、精确设计了基于压电作动的变刚度半主动振动控制器总体结构,并对每个零件进行具体的分析设计;对振动控制器中的弹性元件进行应力应变分析;最后分析了振动控制器各零件尺寸变化对振动控制器振动控制效果的影响,以确保所设计结构的最优性。4、为压电陶瓷材料的迟滞建立了数学模型;确定了其模型中的未知参数;并采用前馈补偿-PI反馈控制对压电作动器进行复合线性化控制;通过模拟仿真分析了控制方法的线性化程度。最后对本文所设计的基于压电作动的变刚度半主动振动控制器设计了联合仿真实验,实验验证了振动控制器结构的合理性与控制方法的实用性。
梁家乐[9]（2020）在《双驱动机器人变刚度关节设计及主动变刚度控制方法研究》文中研究表明服务机器人,特别是护理机器人以老人或病人为直接服务对象,所以其在物理人机交互中的安全性和柔顺性就变得尤为重要。变刚度关节不仅像传统串联弹性驱动器一样具有弹性和缓冲作用,而且能够主动改变机器人关节的刚度大小,进一步提高机器人的柔顺性和安全性,因此成为了护理机器人领域的研究热点。传统变刚度关节往往采用冗余驱动的方案分别控制关节角度和刚度,这不但增加了关节的机构复杂度,使得关节难以小型化和模块化,而且造成了刚度调节电机的功率浪费,这使得变刚度关节很难被用于多自由度的机器人系统当中。因此变刚度关节的模块化设计和控制方法研究变得十分具有挑战性。针对上述变刚度关节存在的问题,本课题提出了一种新型模块化变刚度关节的设计及其主动变刚度控制方法,并制作了关节样机,进行了相关实验研究。针对护理机器人手臂关节的设计要求和传统变刚度关节的功率浪费问题,论文提出了一种利用差速机构的关节设计方案,其基于双向拮抗式变刚度原理,能够同时进行关节动力的输出和关节刚度的调节。本文对变刚度关节进行了详细设计和原理分析,并根据设计和分析结果制造了关节样机,实现了关节的模块化和集成化。根据关节的特殊传动结构进行了准确地动力学建模,并分别基于力源与位置源控制模型进行了动力学仿真,验证了变刚度关节的动力学特性,包括欠驱动特性,被动柔顺性,和低通滤波特性等,并根据样机的控制要求设计了相应的控制系统,包括控制系统硬件的搭建和软件系统的设计和调试。将控制系统与关节样机结合进行了多项实验,验证了关节样机满足设计指标,主要包括关节变刚度范围,刚度调节时间,主被动变刚度行为。通过上位机程序的编制实现了关节的主动刚度调节,碰撞检测以及安全控制等较复杂功能,证明了该变刚度关节的应用价值。
林襄翰[10]（2020）在《变刚度关节在线动态刚度辨识及其嵌入式控制技术研究》文中进行了进一步梳理在“健康中国2030”规划的背景下,脑卒中等重大伤病疾病的防治问题得到人们的进一步重视。由脑卒中引起的下肢运动、感知功能障碍及其康复训练,一直是困扰患者与医生的长期问题,本文从人体关节的自然变刚度特性出发,针对用于复健的常规康复外骨骼机器人在人机交互柔顺性、安全性和穿戴舒适性等方面的不足,以及变刚度关节在能量回收利用、安全性和人机适应性等方面的优势,设计了一款新型主被动相容变刚度关节及其嵌入式控制系统,并对其变刚度特性进行了进一步研究。主要包括以下工作:（1）研究变刚度关节结构设计。本文针对康复训练应用场景、人体生理参数以及临床步态分析,结合仿真设计,模拟人体膝关节屈伸和变刚度功能,提出了主被动相容变刚度关节的结构设计,重点介绍了其工作原理与变刚度装置,通过MATLAB、SOLIDWORKS和ADAMS等软件的计算与仿真分析了设备静态特性,并通过实验进行验证;（2）研究在线的关节动态刚度辨识问题。建立变刚度关节系统动力学模型,提出了结合二阶残差法估计器和参数化刚度观测器的在线动态刚度辨识方法,从而完成柔性力矩和动态刚度的估计,通过仿真验证了算法的有效性;（3）研究关节动态刚度控制和运动控制。在动态刚度辨识的前提下,结合临床步态分析,提出了基于PID和动态刚度辨识器的刚度控制方法和基于PID和动态刚度控制器的位置控制方法。完成刚度轨迹跟踪和关节输出位置轨迹跟踪,通过仿真了验证算法的有效性;（4）开发片上嵌入式控制系统。根据变刚度关节的应用场景,提出了片上嵌入式控制系统的设计需求,通过硬件与软件模块化设计方法,完成适用于主被动相容变刚度关节嵌入式控制板的PCB绘制与制版,实现表面肌电信号放大与采集、驱动器和电机PID控制、点到点轨迹规划、无线通讯、数据存储、输出输出控制以及编码器、惯性导航、力传感器数据采集等功能。此外,嵌入式控制电路板搭载了Free RTOS实时操作系统、FATFS文件系统并且实现了CANopen协议栈,从而提高了系统实时性、可靠性、安全性和扩展能力,并摆脱了对上位机的需求。
二、结构被动变刚度控制系统（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、结构被动变刚度控制系统（论文提纲范文）
（2）被动柔性变刚度执行器及其特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究意义 |
| 1.2 变刚度执行器关键技术研究现状 |
| 1.2.1 拮抗式VSA |
| 1.2.2 独立式VSA |
| 1.3 变刚度执行器运动控制研究现状 |
| 1.3.1 耦合扰动抑制控制 |
| 1.3.2 自适应控制 |
| 1.4 变刚度执行器的应用研究现状 |
| 1.5 论文的研究内容及总体框架 |
| 第2章 S形弹簧变刚度理论建模与弹性偏转约束设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 变刚度原理设计与建模 |
| 2.2.1 弯曲悬臂梁结构控制型变刚度原理 |
| 2.2.2 执行器刚度模型 |
| 2.3 变刚度原理特性分析 |
| 2.3.1 弹簧设计参数对刚度变化的影响 |
| 2.3.2 执行器全状态刚度变化特性 |
| 2.3.3 弹性扭矩感知特性 |
| 2.3.4 被动弹性能与调刚阻扭矩 |
| 2.4 变刚度机构最大弹性偏转量分析 |
| 2.4.1 弹簧自由端接触约束下的最大偏转量 |
| 2.4.2 屈服强度约束下的最大弹性偏转量 |
| 2.4.3 变刚度机构几何约束下的最大偏转量 |
| 2.5 最大弹性偏转量约束设计 |
| 2.5.1 执行器偏转量的耦合影响 |
| 2.5.2 S形弹簧弹性变形限位轮廓设计 |
| 2.6 小结 |
| 第3章 共轴差动传动式被动柔性变刚度执行器及调刚性能评估 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 变刚度执行器总体设计 |
| 3.2.1 变刚度执行器的基本构成 |
| 3.2.2 变刚度执行器设计要求 |
| 3.2.3 变刚度执行器总体方案 |
| 3.3 关键元件选型与样机实现 |
| 3.3.1 电机及驱动选型 |
| 3.3.2 编码器方案对比 |
| 3.3.3 物理样机实现 |
| 3.4 刚度调节性能评估 |
| 3.4.1 执行器静态刚度变化特性辨识 |
| 3.4.2 刚度调节速度与能耗 |
| 3.4.3 刚度调节分辨率 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 S~3VSA运动耦合扰动抑制控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 S~3VSA动力学模型及扰动分析 |
| 4.3 李雅普诺夫理论基础 |
| 4.3.1 系统稳定性与李雅普诺夫方程 |
| 4.3.2 系统暂态性能估计 |
| 4.4 基于扰动观测的非线性控制器设计 |
| 4.4.1 非线性扰动观测器 |
| 4.4.2 非线性双环位置跟踪控制器 |
| 4.4.3 稳定性证明与参数整定原则 |
| 4.5 位置跟踪控制性能对比 |
| 4.5.1 实验方案设计 |
| 4.5.2 平滑阶跃信号响应性能 |
| 4.5.3 定刚度下的跟踪性能 |
| 4.5.4 变刚度下的跟踪性能 |
| 4.6 小结 |
| 第5章 S~3VSA在任务空间中的学习自适应控制 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 控制问题分析 |
| 5.3 局部加权学习理论 |
| 5.3.1 局部加权线性回归模型 |
| 5.3.2 接受域形状与大小自适应调节 |
| 5.3.3 接受域数量自适应增长与偏置调节 |
| 5.4 基于局部加权回归的复合学习控制算法设计 |
| 5.4.1 执行器系统外环动力学估计 |
| 5.4.2 复合学习控制律 |
| 5.4.3 稳定性与收敛特性分析 |
| 5.5 实验验证 |
| 5.5.1 实验方案设计 |
| 5.5.2 实验结果与分析 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 S~3VSA的碰撞与节能模拟应用及综合性能评估 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 模拟碰撞后的安全应对性能 |
| 6.2.1 碰撞在线监测方法 |
| 6.2.2 基于柔性关节的事件后安全应对策略 |
| 6.2.3 模拟碰撞安全应对实验对比分析 |
| 6.3 模拟周期运动中的节能控制策略 |
| 6.3.1 执行器动态特性 |
| 6.3.2 执行器能耗仿真分析 |
| 6.3.3 节能特性实验对比及分析 |
| 6.4 执行器综合性能对比 |
| 6.5 小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间获得的学术成果及参加科研项目 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）面向康复训练的下肢外骨骼系统集成与主动控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及研究意义 |
| 1.2 面向康复训练的下肢外骨骼机器人系统研究现状 |
| 1.2.1 地面行走式下肢外骨骼机器人系统 |
| 1.2.2 减重悬吊式下肢外骨骼机器人系统 |
| 1.3 下肢外骨骼机器人主动控制中关键技术研究现状 |
| 1.3.1 人机状态感知与反馈技术 |
| 1.3.2 人体意图识别技术 |
| 1.3.3 下肢外骨骼控制技术 |
| 1.4 研究现状总结及存在的问题 |
| 1.5 研究内容及章节组织关系 |
| 第2章 下肢外骨骼机器人样机设计及集成 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 样机设计需求与设计目标 |
| 2.3 整体样机系统概述 |
| 2.4 感知反馈系统 |
| 2.4.1 关节角度传感器 |
| 2.4.2 足底压力传感器 |
| 2.4.3 惯性测量单元 |
| 2.4.4 双目视觉相机 |
| 2.4.5 生理电信息采集系统 |
| 2.4.6 虚拟现实系统 |
| 2.5 规划控制系统 |
| 2.5.1 规划控制硬件平台 |
| 2.5.2 规划控制算法 |
| 2.6 运动执行系统 |
| 2.6.1 机械结构 |
| 2.6.2 电机及驱动单元 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 基于人机变刚度技能传递的下肢外骨骼协同控制 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 总体系统框架 |
| 3.3 人体下肢关节刚度估计 |
| 3.3.1 笛卡尔空间-关节空间刚度变换 |
| 3.3.2 关节刚度模型参数辨识 |
| 3.4 人-外骨骼机器人系统模型 |
| 3.4.1 下肢外骨骼系统动力学模型 |
| 3.4.2 未知动态动力学参数的模糊估计器 |
| 3.4.3 人机关节阻抗匹配模型 |
| 3.5 控制器设计及其稳定性分析 |
| 3.6 实验设计与结果分析 |
| 3.6.1 信号预处理 |
| 3.6.2 关节刚度模型离线参数辨识与验证 |
| 3.6.3 斜坡步行实验 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 基于连续运动意图识别的随动下肢外骨骼主动控制 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 总统系统框架 |
| 4.3 基于视觉反馈的随动跟踪控制 |
| 4.3.1 基于双目OpenPose的人体三维信息提取 |
| 4.3.2 移动辅助架随动跟踪控制 |
| 4.4 面向连续运动意图估计的LSTM网络设计 |
| 4.4.1 LSTM单元的基本结构 |
| 4.4.2 LSTM网络结构设计 |
| 4.5 基于运动意图的下肢外骨骼步态控制 |
| 4.5.1 基于足底压力分布特征的步态切换策略 |
| 4.5.2 基于屏障Lyapunov函数的轨迹跟踪控制器 |
| 4.6 实验设计与结果分析 |
| 4.6.1 信号采集与预处理 |
| 4.6.2 随动跟踪控制实验 |
| 4.6.3 LSTM网络训练及测试 |
| 4.6.4 连续运动意图识别下的外骨骼步态控制实验 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 基于VR-EEG运动想象的外骨骼主动步态生成 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 运动想象下的VR场景构建 |
| 5.3 基于人体生理特征的步态规划 |
| 5.3.1 基于高斯过程回归的个性化步态参数生成 |
| 5.3.2 参数化行走步态轨迹规划 |
| 5.4 基于EEG信号的行走/停止意图识别 |
| 5.4.1 脑功能分区及EEG信号节律 |
| 5.4.2 EEG信号的特征提取 |
| 5.4.3 基于SVM的EEG分类器 |
| 5.5 实验设计及结果分析 |
| 5.5.1 基于人体生理特征的个性化步态轨迹生成实验 |
| 5.5.2 基于SVM的EEG信号分类及连续步态轨迹生成实验 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.1.1 样机设计及集成 |
| 6.1.2 人机变刚度技能传递及协同控制 |
| 6.1.3 连续意图识别及随动下肢外骨骼主动控制 |
| 6.1.4 VR-EEG运动想象的外骨骼主动步态生成 |
| 6.2 进一步工作展望 |
| 6.2.1 样机设计及集成方面不足 |
| 6.2.2 变刚度技能传递及协同控制方面不足 |
| 6.2.3 连续运动意图识别及随动下肢外骨骼主动控制方面不足 |
| 6.2.4 VR-EEG运动想象的外骨骼主动步态生成方面不足 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（4）下肢康复机器人柔性膝关节设计与控制策略研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 柔性关节国内外研究现状 |
| 1.2.1 柔性关节变刚度原理研究现状 |
| 1.2.2 柔性关节新型结构设计研究现状 |
| 1.2.3 柔性关节控制策略研究现状 |
| 1.2.4 柔性关节发展趋势 |
| 1.3 本课题主要研究内容 |
| 第二章 柔性膝关节结构设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 人体膝关节结构与运动分析 |
| 2.3 柔性膝关节变刚度方案设计 |
| 2.3.1 变刚度方案设计要求 |
| 2.3.2 变刚度方案类型分析 |
| 2.3.3 变刚度方案设计 |
| 2.4 柔性膝关节结构设计 |
| 2.4.1 主-被动刚度调节机构设计 |
| 2.4.2 柔性膝关节整机结构 |
| 2.4.3 薄弱部件凸轮盘强度校核 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 柔性膝关节变刚度特性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 柔性膝关节机构运动数学模型建立 |
| 3.3 系统等效刚度数学模型建立 |
| 3.4 柔性膝关节刚度特性仿真实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 柔性膝关节的控制策略研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 柔性膝关节动力学建模 |
| 4.3 柔性膝关节控制器设计 |
| 4.3.1 控制目标 |
| 4.3.2 基本反演控制器设计 |
| 4.3.3 神经网络反演控制器设计 |
| 4.4 柔性膝关节运动控制仿真实验 |
| 4.4.1 参数确定与模型搭建 |
| 4.4.2 仿真结果分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 柔性膝关节样机试验 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 柔性膝关节样机测试平台搭建 |
| 5.3 柔性膝关节输出特性试验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 论文创新点 |
| 6.3 论文展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
（5）基于准零刚度的机器人制孔系统半主动环境振动抑制方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 准零刚度振动控制系统的研究现状 |
| 1.3 变刚度、变阻尼技术的研究现状 |
| 1.4 半主动振动抑制技术的研究现状 |
| 1.5 本文研究的主要内容 |
| 1.6 本章小结 |
| 第2章 被动振动控制系统的设计与分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于准零刚度结构的被动振动控制系统模型建立 |
| 2.3 被动振动控制系统静力学分析 |
| 2.4 非线性振动分析方法的相关理论 |
| 2.4.1 非线性振动分析方法 |
| 2.4.2 Mathieu方程 |
| 2.5 运动微分方程建立与求解 |
| 2.5.1 近似处理 |
| 2.5.2 被动振动控制系统运动微分方程建立 |
| 2.6 振动控制系统稳定性分析 |
| 2.7 位移传递率分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 第3章 变刚度振动抑制方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 飞机装配车间环境振动特性 |
| 3.3 被动振动控制系统抑振能力分析 |
| 3.4 变刚度对抑振效果的影响 |
| 3.5 变刚度方法 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 变阻尼振动抑制方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 幅频特性曲线的防跳跃条件 |
| 4.3 变阻尼对抑振效果的影响 |
| 4.4 变阻尼方法 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 半主动振动抑制系统的ADAMS分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 振动抑制系统ADAMS模型建立 |
| 5.3 被动振动控制系统抑振能力验证 |
| 5.4 变刚度振动抑振系统抑振效果验证 |
| 5.5 变刚度、变阻尼振动抑振系统抑振效果验证 |
| 5.6 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 主要研究成果与结论 |
| 课题展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
（6）基于温控形状记忆合金的被动柔性变刚度关节研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及意义 |
| 1.2 柔性变刚度关节发展概况及研究综述 |
| 1.2.1 主动变刚度原理综述 |
| 1.2.2 被动变刚度原理综述 |
| 1.3 论文主要研究内容及方法 |
| 第2章 被动变刚度原理及结构设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 被动变刚度原理及设计方案 |
| 2.2.1 设计分析及被动变刚度原理 |
| 2.2.2 关节机电系统选型设计 |
| 2.2.3 温控形状记忆合金弹性元件设计 |
| 2.2.4 被动变刚度执行器结构设计 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 被动变刚度关节控制系统设计 |
| 3.1 控制系统分析 |
| 3.2 关节系统动力学建模 |
| 3.3 控制策略研究 |
| 3.3.1 经典PID控制算法 |
| 3.3.2 模糊PID控制算法设计 |
| 3.4 基于模糊控制的变刚度关节控制仿真 |
| 3.4.1 仿真程序设计 |
| 3.4.2 阶跃响应仿真分析 |
| 3.4.3 正弦轨迹跟踪 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 被动柔性变刚度关节性能测试 |
| 4.1 实验平台搭建 |
| 4.2 静态刚度实验 |
| 4.3 响应与轨迹跟踪实验 |
| 4.3.1 位置阶跃信号响应实验 |
| 4.3.2 正弦信号轨迹跟踪实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（7）共融机器人新型超柔性关节设计与控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 本章前言 |
| 1.2 课题研究背景、目的与意义 |
| 1.2.1 课题研究背景 |
| 1.2.2 课题研究目的与意义 |
| 1.3 国内外研究现状及进展 |
| 1.3.1 仿生串联弹性驱动器特性及应用研究 |
| 1.3.2 共融机器人变刚度柔性关节设计与特性分析 |
| 1.3.3 变刚度柔性关节柔顺力输出与运动控制方法研究 |
| 1.3.4 国内外研究现状总结及发展趋势 |
| 1.4 课题来源与主要研究内容 |
| 1.4.1 本课题选题来源 |
| 1.4.2 本文主要研究内容 |
| 1.5 本章小结 |
| 第二章 共融机器人关节超柔性理论准则与新型SEA |
| 2.1 本章前言 |
| 2.2 共融机器人关节超柔性理论准则 |
| 2.2.1 超柔性理论准则的提出 |
| 2.2.2 超柔性理论准则的基本特性 |
| 2.3 柔性关节刚度调节机构类型分析 |
| 2.3.1 基于凸轮机构的刚度调节机构 |
| 2.3.2 基于杠杆机构的刚度调节机构 |
| 2.3.3 变刚度杠杆SEA机构特性分析 |
| 2.4 新型超柔性力双向输出SEA设计与分析 |
| 2.4.1 新型超柔性力双向输出SEA结构设计 |
| 2.4.2 新型SEA输出特性分析 |
| 2.4.3 新型SEA系统输出刚度 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 新型超柔性关节NSFRJ设计、分析与试验 |
| 3.1 本章前言 |
| 3.2 新型超柔性关节NSFRJ设计 |
| 3.2.1 NSFRJ关节主-被动刚度调节机构设计 |
| 3.2.2 NSFRJ关节超柔性机构分析与整机系统 |
| 3.3 NSFRJ关节输出特性分析与仿真 |
| 3.3.1 NSFRJ关节机构运动分析 |
| 3.3.2 NSFRJ关节系统等效刚度 |
| 3.3.3 NSFRJ关节主-被动变刚度仿真分析 |
| 3.4 NSFRJ关节样机研制与试验 |
| 3.4.1 凸轮盘有限元分析及加工 |
| 3.4.2 样机研制及物理试验平台搭建 |
| 3.4.3 NSFRJ关节输出特性试验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 NSFRJ关节控制方法研究 |
| 4.1 本章前言 |
| 4.2 动力学模型建立与控制器设计 |
| 4.2.1 关节动力学模型建立 |
| 4.2.2 NSFRJ关节控制目标 |
| 4.2.3 考虑变刚因子的反演控制器设计 |
| 4.3 控制仿真实验与分析 |
| 4.3.1 参数确定与模型搭建 |
| 4.3.2 仿真结果分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文研究工作总结 |
| 5.2 论文研究主要创新点 |
| 5.3 论文研究工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
（8）基于压电作动的变刚度半主动振动控制器设计与控制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及意义 |
| 1.2 隔振技术的发展与现状 |
| 1.2.1 被动隔振技术的发展 |
| 1.2.2 主动隔振技术的现状 |
| 1.3 压电陶瓷研究现状 |
| 1.4 变刚度技术研究现状 |
| 1.5 机器人振动控制方法研究 |
| 1.6 本文研究的主要内容 |
| 1.7 本章小结 |
| 第2章 自动制孔系统被动振动控制器理论研究 |
| 2.1 被动振动控制器设计 |
| 2.1.1 被动振动控制器结构设计 |
| 2.1.2 被动振动控制器模型建立 |
| 2.2 振动控制器参数确定 |
| 2.2.1 振动控制器参数分析 |
| 2.2.2 振动控制器参数确定与模型验证 |
| 2.3 振动控制器振动控制效果验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 变刚度半主动振动控制器理论研究 |
| 3.1 变刚度技术实现形式与原理 |
| 3.2 压电陶瓷材料理论研究 |
| 3.3 变刚度半主动振动控制器设计 |
| 3.3.1 变刚度半主动振动控制器结构设计 |
| 3.3.2 变刚度振动控制器模型建立 |
| 3.4 变刚度半主动振动控制器理论振动控制效果验证 |
| 3.4.1 中心差分法介绍 |
| 3.4.2 振动控制效果验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 变刚度半主动振动控制器结构分析与仿真 |
| 4.1 变刚度半主动振动控制器结构设计 |
| 4.1.1 变刚度半主动振动控制器总体结构设计 |
| 4.1.2 外壳设计 |
| 4.1.3 隔振弹性材料结构设计 |
| 4.1.4 动力吸振器设计 |
| 4.1.5 阻尼油设计 |
| 4.1.6 连接件设计 |
| 4.1.7 导向杆设计 |
| 4.1.8 压电作动器设计 |
| 4.2 不同结构对变刚度半主动振动控制器振动控制效果的影响 |
| 4.2.1 连接件对振动控制效果的影响 |
| 4.2.2 外壳对振动控制效果的影响 |
| 4.2.3 阻尼油对振动控制效果的影响 |
| 4.2.4 质量块对振动控制效果的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 变刚度半主动振动控制器振动控制方法 |
| 5.1 变刚度半主动振动控制器整体控制策略 |
| 5.2 基于压电陶瓷的变刚度半主动振动控制器的迟滞数学模型 |
| 5.2.1 迟滞数学模型建立 |
| 5.2.2 迟滞数学模型参数确定 |
| 5.3 基于压电作动器的复合化线性控制方法 |
| 5.3.1 基于压电作动器的前馈补偿控制 |
| 5.3.2 基于压电作动器的前馈补偿-PI反馈控制 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 联合仿真实验 |
| 6.1 联合仿真实验设置 |
| 6.1.1 基于压电作动的变刚度半主动振动控制器模型建立 |
| 6.1.2 ADAMS与 MATLAB联合仿真设置 |
| 6.2 联合仿真实验分析 |
| 6.3 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 主要研究成果与结论 |
| 课题展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文 |
（9）双驱动机器人变刚度关节设计及主动变刚度控制方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源及研究意义 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 课题研究的背景与意义 |
| 1.2 变刚度关节研究发展综述 |
| 1.2.1 变刚度关节介绍 |
| 1.2.2 变刚度关节国外研究现状 |
| 1.2.3 变刚度关节国内研究现状 |
| 1.3 国内外文献综述的简析 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 第2章 变刚度关节的方案设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 变刚度关节目标参数的确定 |
| 2.3 关节变刚度原理的设计 |
| 2.3.1 变刚度原理理论推导 |
| 2.3.2 变刚度原理的特性分析 |
| 2.4 变刚度关节的机构实现 |
| 2.4.1 总体传动方案的确定 |
| 2.4.2 参数设定及结构设计 |
| 2.4.3 标准件选型与传感器集成 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 变刚度关节的性能验证与优化 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 变刚度性能的验证 |
| 3.2.1 主被动变刚度行为的验证 |
| 3.2.2 关节力矩输出特性的分析 |
| 3.3 非线性弹性元件的优化 |
| 3.3.1 优化目标的确定 |
| 3.3.2 凸轮轮廓曲面的优化设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 关节动力学建模与控制系统设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 变刚度关节动力学建模与仿真 |
| 4.2.1 关节动力学模型的建立 |
| 4.2.2 基于MATLAB/Simulink的动力学仿真 |
| 4.3 变刚度关节控制方案设计 |
| 4.3.1 变刚度关节的控制硬件系统设计 |
| 4.3.2 变刚度关节的控制软件系统设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 变刚度关节的测试实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 变刚度实验平台的搭建 |
| 5.2.1 测试平台的硬件连接 |
| 5.2.2 测试平台控制系统调试 |
| 5.3 变刚度关节性能测试实验 |
| 5.4 碰撞安全控制实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（10）变刚度关节在线动态刚度辨识及其嵌入式控制技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景与意义 |
| 1.3 变刚度关节的研究现状 |
| 1.4 变刚度关节的关键技术 |
| 1.4.1 变刚度关节结构设计 |
| 1.4.2 变刚度关节在线动刚度辨识 |
| 1.4.3 变刚度关节控制系统 |
| 1.5 本文的章节安排 |
| 第二章 变刚度关节设计 |
| 2.1 设计需求 |
| 2.2 主被动相容变刚度关节设计 |
| 2.2.1 工作原理 |
| 2.2.2 变刚度装置 |
| 2.3 模型仿真 |
| 2.3.1 MATLAB仿真 |
| 2.3.2 ADAMS仿真 |
| 2.3.3 SIMULINK仿真 |
| 2.4 静态刚度回差实验 |
| 2.5 APCJ改进方案 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 变刚度关节实时刚度辨识方法研究 |
| 3.1 APCJ的系统模型 |
| 3.2 动态刚度辨识 |
| 3.2.1 静态刚度与动态刚度 |
| 3.2.2 二阶残差法估计器 |
| 3.2.3 参数化刚度观测器 |
| 3.3 仿真结果 |
| 3.3.1 残差法估计器的仿真 |
| 3.3.2 参数化刚度观测器的仿真 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 变刚度关节控制方法研究 |
| 4.1 步态分析 |
| 4.2 变刚度关节控制方法 |
| 4.2.1 基于PID和动态刚度辨识器的刚度控制方法 |
| 4.2.2 基于PID和动态刚度控制器的位置控制方法 |
| 4.3 仿真结果 |
| 4.3.1 刚度控制仿真结果 |
| 4.3.2 位置控制仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 变刚度关节控制系统设计 |
| 5.1 设计需求 |
| 5.2 嵌入式控制系统硬件设计 |
| 5.2.1 硬件设计需求 |
| 5.2.2 硬件模块化设计 |
| 5.2.3 肌电采集臂带设计 |
| 5.3 嵌入式控制系统软件设计 |
| 5.3.1 软件设计需求 |
| 5.3.2 FreeRTOS实时操作系统移植 |
| 5.3.3 FATFS文件系统移植 |
| 5.3.4 CANopen协议栈实现 |
| 5.3.5 程序模块化设计 |
| 5.4 实验结果 |
| 5.4.1 sEMG采集实验 |
| 5.4.2 位置环PID实验 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
四、结构被动变刚度控制系统（论文参考文献）
- [1]一种扭簧变刚度柔性关节的设计与研究[J]. 曲祥旭,曹东兴,张姗. 机械工程学报, 2021(13)
- [2]被动柔性变刚度执行器及其特性研究[D]. 许亚鹏. 山东大学, 2021(11)
- [3]面向康复训练的下肢外骨骼系统集成与主动控制技术研究[D]. 魏强. 中国科学技术大学, 2021
- [4]下肢康复机器人柔性膝关节设计与控制策略研究[D]. 范磊. 重庆交通大学, 2021
- [5]基于准零刚度的机器人制孔系统半主动环境振动抑制方法[D]. 赵晨名. 兰州理工大学, 2021(01)
- [6]基于温控形状记忆合金的被动柔性变刚度关节研究[D]. 郑鹏伟. 山东大学, 2020(10)
- [7]共融机器人新型超柔性关节设计与控制研究[D]. 李忠涛. 重庆交通大学, 2020
- [8]基于压电作动的变刚度半主动振动控制器设计与控制研究[D]. 彭军. 兰州理工大学, 2020(12)
- [9]双驱动机器人变刚度关节设计及主动变刚度控制方法研究[D]. 梁家乐. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [10]变刚度关节在线动态刚度辨识及其嵌入式控制技术研究[D]. 林襄翰. 上海交通大学, 2020(09)