串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模型及其特性分析.pdf

1、作為一種具有低輸出阻抗的力輸出驅(qū)動(dòng)裝置，串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器(Series Elastic Actuator，SEA)在步行機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、機(jī)械外骨骼以及醫(yī)療輔助器械等領(lǐng)域逐漸被廣泛應(yīng)用。本論文正是從串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的廣泛應(yīng)用前景出發(fā)，著眼于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的基礎(chǔ)性研究，展開了以下工作。
　　首先，建立一種新的SEA動(dòng)力學(xué)模型。針對(duì)目前串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)模型的不足本文建立了一種新的SEA動(dòng)力學(xué)模型。以該動(dòng)力學(xué)模型為核心建立了基于速度源

2、驅(qū)動(dòng)的SEA控制模型，提出了一種力源控制法，建立了力源控制模型，推導(dǎo)出了兩種控制模型開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)傳遞函數(shù)，進(jìn)而通過Nyquist圖和Bode圖對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)模型的控制特性進(jìn)行分析，并得到了閉環(huán)系統(tǒng)的諧振峰值、諧振頻率和力輸出帶寬。通過控制與動(dòng)力學(xué)仿真軟件對(duì)該模型進(jìn)行機(jī)電一體化系統(tǒng)聯(lián)合仿真得到階躍與變帶寬正弦信號(hào)跟蹤響應(yīng)，最終利用DSpace與已完成的SEA樣機(jī)進(jìn)行實(shí)物控制試驗(yàn)，理論仿真和試驗(yàn)結(jié)果是一致的，SEA樣機(jī)力輸出穩(wěn)定，證

3、明本文所建立模型完全合理。
　　其次，對(duì)SEA能量放大特性進(jìn)行了研究。由于能量放大特性是SEA所特有的一種特性，有著廣泛的應(yīng)用前景，因此成為該領(lǐng)域研究重點(diǎn)之一。針對(duì)本文建立的新的SEA動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)SEA的能量放大特性展開了基礎(chǔ)性研究。推導(dǎo)出了新的SEA動(dòng)力學(xué)模型下的能量方程，繪制出了SEA能量輸出曲線，定義了SEA能量放大特性指標(biāo)（即能量放大峰值、能量放大峰值點(diǎn)、能量放大行程、能量放大行程起始點(diǎn)），分析了SEA能量放大特性指標(biāo)隨