硕士学位论文-带有力反馈的掰手腕机器人的研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文带有力反馈的掰手腕机器人的研究姓名：何磊申请学位级别：硕士专业：检测技术与自动化装置指导教师：葛运建;王以俊20100501摘要掰手腕机器人是近年来比较热门的研究领域之一，涉及微电子、传感器控制、人工智能、人．机交互、运动生物力学、人机工程学等多门学科。掰手腕机器人的研究具有良好的实用价值和社会意义：将掰手腕机器人作为医疗康复器械，用于锻炼人的臂力和腕力，能够有效地帮助肌肉萎缩、中风等伤病人士进行康复治疗；也可将掰手腕机器人用于娱乐，让参与者在轻松游戏的同时接受机器人相关知识的普及教育。本项研究分析了真

2、人掰手腕过程中手臂发力特点并据此设计掰手腕机器人。在和机器人进行的掰手腕游戏中，设有胜利、失败和僵持等多种比赛状况，实时的力反馈控制方式令参赛者能在和机器人进行比赛的过程中有和真人掰手腕的临场感，实现掰手腕机器人的高度拟人化。论文的具体内容主要体现在以下几个方面：l、研究人体上肢的肌肉、骨骼和关节的生理结构、运动原理及运动特点，将机械臂简化为两连杆模型并进行受力分析，根据分析结果确定力传感器的最佳贴片位置并在此基础上完成力传感器的设计和标定以及力反馈控制算法的编写，建立基于PCI总线的掰手腕机器人力觉感知系统。2、分析掰手腕机器人

3、的具体工作要求，以实时的力反馈信号作为控制决策参考信息设计掰手腕机器人的闭环控制系统，以提高系统控制的精度和机器人的仿真度。完成掰手腕机器人的硬件连接和控制系统的软件设计，并搭建掰手腕机器人实验平台。3、在实验平台上进行不同情况下的掰手腕比赛实验并对实验过程中采集的力信号、电机转速等数据进行分析，验证掰手腕机器人在比赛中的工作性能以及力反馈控制方法的可行性。关键词：掰手腕机器人人．机交互力传感器力反馈AbstractAbstractThearmwrestlingrobot(AWR)isapopularresearchfieldin

4、recentyears，whichrepresentahighintegrationofmicroelectronics，sensorcontrol，artificialintelligence，human-machineinteraction，sportsbiomechanics，human—machineengineeringandetc．TheresearchonAWRhasgoodpraeticalvalueandsocialsignificance：AWRcannotonlybeusedasanequipmentform

5、edicalrehabilitation，tohelpingpeoplebekeepingoodhealthphysicallyandmentally,butcanalsobeusedforentertainment，SOthatparticipantscanreceiveknowledgeaboutrobot，whileplayinggamerelax．ThisstudyistodevelopAWRasapersonalizedrobotsystem，accordingtoitsforcecondition，itcanratio

6、cinateorjudgebyitself,simulatedecision—makingofhumanduringarmwrestling，imitatetheforce·applyingprocessofhuman，playwrestlinggamewithvictory,defeat，stalemateormanyothermatchperformance，therealtimeforcefeedbackcontrolmakeAWRgivetheimpressionthattheplayerisarmwrestlingaga

7、instarealperson．Themaincontentsarefollowing：1．Bystudyingthecharacteristicofthehumanupperlimbsmotion，physiologicalstructureandmovementprinciples，themechanicalarmisbesimplifiedasatwo-linkmodel，ANSYSsoftwareiSbeusedtosimulatetheforceconditionofforcesensors．Accordingtothe

8、analysis，theelbowjointwhereelbowforcesensorbebestplacedisdesignedasthedepression，andthedesignandcalibrationofforcesensorsisb