绳驱动柔性上肢外骨骼机器人设计与控制

来源：机器人杂志2019年第6期北京时间：

作者：孙定阳, 沈浩, 郭朝, 肖晓晖

摘要：为了提高上肢外骨骼机器人的拟人化程度及关节柔性，设计了一种由串联弹性驱动器和鲍登线驱动的4自由度柔性上肢外骨骼机器人．首先，设计一种六连杆双平行四边形机构，建立肩关节虚拟转动中心，满足人体肩部3自由度运动需求．然后，设计基于串联弹性驱动器和鲍登线的驱动模块，将驱动器和机器人关节分离，降低结构的复杂度，减轻关节质量，实现力矩/位置信息的反馈．最后，构建机器人运动学及动力学模型，设计关节阻抗控制器并对样机肘关节进行阻抗控制实验．由实验结果可知，刚度系数在0.5 N· m/（°）~1.5 N· m/（°）时，力矩跟踪均方根为0.33 N· m；阻尼系数在0.001 N· m· s/（°）~0.01 N· m· s/（°）时，力矩跟踪均方根为0.57 N· m．实验结果表明，调节阻抗控制器中的阻抗系数能够改变关节的刚度和阻尼特性，从而提高人机连接的柔顺性．因此该机器人可以满足康复训练需求．

关键词：上肢外骨骼机器人, 肩关节机构, 串联弹性驱动器, 鲍登线驱动, 阻抗控制