基于stm32的机器人直驱关节阻抗控制研究开题报告

全文总字数：3517字

1. 研究目的与意义（文献综述）

自从机器人应用以来，对人们的生活造成了极大的便利，因此随着人们对机器人的要求和应用的不断提高，对机器人技术也有着相应的要求，其中机器人关节是机器人的基础且极为重要的部件，关节模组性能的好坏直接影响机器人的性能，现在随着机器人技术的不断发展，对实现机器人-环境物理交互也有了新的要求，迫切需要解决驱动关节体积灵活性，准确性等性能，对于机器人关节模组采用电机加减速器的设计方案，该方案虽提升了扭矩输出，但同时却降低了电机端对力矩的感知能力。因此，去掉减速器，令电机与杆件直接相连的直驱方案可以弥补对力矩的感知，采用直驱电机，无减速机构，使其摩擦小、刚度高，及易实现高精度、高速度，同时通过阻抗调节控制参数实现不同的阻抗效果。阻抗控制是对末端执行器的位置和力之间的误差调节的动态关系实现的，可以适应复杂变化的环境，可以更加适合的完成工作，因此，利用阻抗控制来控制直接驱动电机已经受到广大学者的研究与讨论。

在1975年前，机器人的电机主要采用步进电机、电液脉冲马达驱动，但因其各方面性能都存在问题，直流电机因控制简单、易调速、易实现闭环负反馈控制的优点逐步替代其位置，直到1985年以后，交流电机的出现，因结构简单、几乎不需要维护且可以通过技术如基于矢量控制理论和spwm技术的正弦波输出控制实现与直流电机类似的性能，更快速更高精度更小体积使其现如今的发展主流，国外的交流伺服电机品牌如欧系（伦茨、lust、博世力士乐）日系（摩川、安川、松下、三菱），国内的有华中数控、兰州电机、广州数控等

这些电机都要配上相应的减速器才可以构成执行器，现在，由于机器人对驱动电机的要求的提高，由于直驱电机的高寿命、高精度和高扭转的巨大优势，通过电机直接驱动传动部件的研究越来越受欢迎，如内置力矩电机和直线电机。

2. 研究的基本内容与方案

在机器人的关节控制中，由于一般的电机需要加减速器才可以完成驱动，但加入减速器也会有一些缺点，故而研究在去掉减速器，采用直驱电机与杆件直接相连的方案在机器人单关节中的应用，同时采取阻抗控制，通过调节阻抗控制参数实现不同的阻抗效果，进而实现对关节的控制。

了解直驱电机、stm电控器、阻抗控制等的相关知识，最后利用阻抗控制通过stm电控器，对电机进行控制，进而实现对关节的控制，从而可以完成一个由阻抗控制的关节。

阻抗控制的基本思想是通过调节位置和速度误差来间接控制接触力，从而实现机器人对柔顺性和刚度的要求，要点就是建立阻抗模型，现实中采用较多的是基于位置的阻抗控制，而基于位置的阻抗控制对关节位置有很高的要求，一旦实际位置与模型理想位置矢量不同就会造成很大的阻抗误差，这就要求尽量选取阻抗控制的参数，所以通过对基于位置的阻抗控制的原理的剖析和对阻抗控制器性能的分析，在matlab的simulink中搭建关节并将建立阻抗模型施加到关节上，最终搭建出一个简单的可以实现阻抗控制直驱关节平台。

3. 研究计划与安排

第1周：与选题相关的外文资料的翻译

第2周：查阅与本选题相关的文献

第3周：开题报告

4. 参考文献（12篇以上）

1.辛全彬. 小型电动直驱仿生四足机器人系统设计[d].大连理工大学,2018.

2.ott c,mukherjee r, nakamura y. a hybrid system framework for unified impedance andadmittance control[j]. journal of intelligent robotic systems, 2015,78(3-4): 359-375.

3.kenneally g,de a, koditschek d e. design principles for a family of direct-drive leggedrobots[j]. ieee robotics and automation letters, 2016, 1(2): 900-907.