机械工程学报

作者：卢浩, 郭士杰, 杨志强, 陈力, 邓飞, 王洪波

单位：1. 复旦大学工程与应用技术研究院 上海 200433;2. 复旦大学智能机器人教育部工程研究中心 上海 200433;3. 上海智能机器人工程技术研究中心 上海 200433;4. 河北工业大学机械工程学院 天津 300130

关键词：护理机器人,耦合驱动关节,动力学建模,连续摩擦模型；

基金：上海科技计划(21511101701)和国家重点研发计划(2021YFC0122704)资助项目。

围绕护理机器人的人机安全接触和轻量大负载需求，提出了一种2R耦合驱动关节构型，并解决了耦合驱动动力学建模问题，为高性能运动控制器搭建提供基础。该关节设计紧凑、负载能力强，两个伺服电机经过三级减速后，通过差动结构实现两自由度耦合输出，且表面光滑适宜与人接触。通过运动学分析了耦合驱动的原理，利用拉格朗日法建立了耦合驱动动力学模型。为解决速度零点摩擦力不连续，造成基于模型的控制器运动性能变差的问题，引入了连续可微摩擦模型，利用连续可微特性采用灰色模型提高了辨识精度。研制了机器人关节样机，进行了关节解耦、摩擦数据采集、参数辨识及轨迹跟踪等试验，结果表明所设计的耦合驱动关节可以完成周转、俯仰两个转动自由度的单独及耦合运动，并且输出扭矩与重量的比值达到了143.6 N·m/kg，可以满足轻量大负载护理需求，同时基于所建立动力学模型的运动控制可以显著提高轨迹跟踪的准确性。

来源：2022年第23期

《机械工程学报》期刊编辑部

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