基于人机匹配的液压机械臂主从控制上肢外骨骼优化方法技术

本发明专利技术提出了基于人机匹配的液压机械臂主从控制上肢外骨骼优化方法。首先，根据从端液压机械臂结构和作业工况，确定主从控制上肢外骨骼的设计要求和指标，基于增设可调机构、增加柔性和尺寸裕度进行结构选型优化；其次，建立人体空间机器人坐标系，对上肢外骨骼关节的人机匹配性进行机构学分析，考虑人‑机约束和自干涉约束，通过多目标优化方法确定关键参数，完成数学建模优化；最后，基于初步设计参数进行模型仿真，通过轴系设计、强度校核，进一步优化设计参数。本发明专利技术通过对液压机械臂主从控制的主端上肢外骨骼结构进行人机匹配优化，提高了主从控制液压机械臂在各种工况下的工作效率和安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于主从控制工程机器人领域，具体涉及基于人机匹配的液压机械臂主从控制上肢外骨骼优化方法。

技术介绍

1、大型重载多自由度液压机械臂是建筑施工、抢险救灾、核能军事等非结构化作业环境下的必需硬件设备。目前，基于外骨骼主从控制技术，远程操作液压机械臂是避免人员伤亡、保证高效安全施工的重要发展趋势。外骨骼作为一种人机交互设备，多用于增强助力、医疗康复等领域。上肢外骨骼应用于机器人主从控制时具有自由度高、灵活度高、操作直观等优势，但限于人机适配性问题，其结构设计和控制优化存在较大难度。在液压机械臂主从控制任务中，操作人员与主端上肢外骨骼进行交互并给予运动指令，上肢外骨骼负责传递运动参数给从端机械臂实现运动，并收集运动反馈，是主从控制系统中的关键环节。当前上肢外骨骼结构的优化设计研究主要从自由度布局和关节驱动方式两个方面进行，而较少关注人机运动学、可操作性的匹配，导致主从工作空间中主要运动范围的运动学行为不匹配；同时与医用微小机械手不同，大型重载液压机械臂工作空间大且动态响应慢，其运动难以实时跟踪操作者行动意图。因此，在设计基于外骨骼的主从控制系统初期，需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种基于人机匹配的液压机械臂主从控制上肢外骨骼优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上肢外骨骼作为主端，应用于七自由度冗余液压机械臂的主从控制系统中，通过获取操作者输入的关节运动、末端速度、末端位置参数，并发送控制指令给从端液压机械臂，实现主从运动控制。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，结构选型的具体方法为，在上肢外骨骼的上臂、前臂两处设计长度可调节机构来改变等效杆件长度以匹配操作者的手臂长度；考虑操作者身高不同，在外骨骼肩部安装位置设计一定的可调范围；同时，为保证操作者的穿戴安全，在...

【技术特征摘要】

1.一种基于人机匹配的液压机械臂主从控制上肢外骨骼优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上肢外骨骼作为主端，应用于七自由度冗余液压机械臂的主从控制系统中，通过获取操作者输入的关节运动、末端速度、末端位置参数，并发送控制指令给从端液压机械臂，实现主从运动控制。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，结构选型的具体方法为，在上肢外骨骼的上臂、前臂两处设计长度可调节机构来改变等效杆件长度以匹配操作者的手臂长度；考虑操作者身高不同，在外骨骼肩部安装位置设计一定的可调范围；同时，为保证操作者的穿戴安全，在上肢外骨骼与人体连接相关部位设计一定的柔性和尺寸裕度。

4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军辉，潘志文，贾睿亨，钱涤非，陈志伟，程敏，丁孺琦，纵怀志，徐兵，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：