1. 研究目的与意义（文献综述）

随着知识经济时代的到来，高技术及其产业已成为世人注目的焦点。机器人技术作为搞技术的一个重要分支普遍受到各国政府的重视，已经成为制造业中不可缺少的重要装备和手段，同时也成为衡量一个国家制造业水平和科技水平的重要标志。

20世纪50年代，在自动机和自动线上出现了可代替人力传递和拆卸工件的机械手，随后在某些危险作业领域出现了由操作人员直接控制或遥控的操作机。工业机器收是手在自动操作机基础上发展起来的一种能模仿人手臂的某些动作和控制功能，并按照可变的预定程序、轨迹和其他要求，操纵工具实现多种操作的自动化机械系统。目前，常用的机器人关节驱动器有电动机、气动、液压以及形状记忆合金、压电陶瓷等新材料制成的人工肌肉等。传统电动机功率/重量比低，通常需要有减速机构来降低速度，增大力矩输出，因此传动系统复杂，不惧困难。气动肌肉是气动系统用于机器人关节的一种主要驱动方式，其结构简单、紧促、安装精度要求不高，但难以实现精确的位置和速度控制。传统的液压在工业机器人关节驱动中具有优势，但其控制系统庞大，同时，与气动肌肉等启动传动一样，由于油（或气）源的布置问题，难以在移动机器人等领域应用。记忆合金、电致伸缩、压电等新材料制成的人工肌肉具有体积小、输出功率大、结构简单等优点，但多用于小型或微型机器人系统中。

串联弹性驱动器就是在传统电机驱动的基础上串联一个弹性元件。为了实现机器人的拟人运动，提高其对外部环境的适应性，基于串联弹性驱动器（sea）驱动形式提出一种仿肌弹性驱动的机器人转动关节，以实现机器人在受迫振动或受冲击下的柔顺自调整运动。该关节机构参考人体肌肉－肌腱组织的hill-type模型，采用具有对抗形式的主动弹性驱动和被动弹性牵制的设计方案，模拟肌肉收缩运动和功能，产生牵拉力以驱动机器人的关节。通过对该弹性驱动关节进行建模分析，得到其动力学描述方程，结合多次仿真测试中获得的系统运动特性曲线，在掌握其运动规律的基础上完成了其动力学性能评估。

2. 研究的基本内容与方案

机器人关节作动器仿真，为其设计提供了重要的选材依据。本课题旨在建立关节作动器的动力学模型，并通过matlab运算，以寻找作动器的固有频率、各模型参数对固有频率的影响以及对电机的性能要求。

拟采用串联弹性驱动器作为关节作动器主要元件建模编程仿真运算。

3. 研究计划与安排

2016.3.20. 上传开题报告。2016.4.20. 上传机器人关节作动器研究现状调查阶段报告。2016.5.10. 完成基于SEA对关节作动器的建模。2016.5.30. 完成作动器建模的MATLAB编程仿真运算。2016.6.1. 上传论文定稿。2016.6.12. 论文答辩。2016.6.20. 上传论文答辩后修改版。

4. 参考文献（12篇以上）

1夏普若.《工程与科学数值计算MATLAB实现》. 清华大学出版社, 2009.2朱秋国, 熊蓉, 吕铖杰.《新型串联弹性驱动器设计与速度控制》电机与控制学报,2015, 19(6).3韩亚丽, 贾山, 王兴松.《基于人体生物力学的低功耗踝关节假肢的设计与仿真》机器人, 2013, 35(3).4马洪文，王立权，赵朋，俞林.《串联弹性驱动器力驱动力学模型和稳定性分析》哈尔滨工程大学学报, 2012, 卷 33, 期 115马洪文, 赵朋, 王立权.《刚度和等效质量对SEA能量放大特性的影响》机器人, 2012, 34(3).6方 敏.《基于气动人工肌肉隔振平台的研究》华中科技大学， 机械电子工程， 2006硕士论文7陈乃建，张进华，艾长胜，宋方臻等.《基于电液作动器技术的机器人关节微型驱动系统》农业机械学报，2 0 1 2 年 5 月第 43 卷 第 5 期8孙桂涛，邵俊鹏，赵新通，刘小初等.《液压机器人作动器建模及关节转角跟踪控制》仪 器 仪 表 学 报，2015 年3 月第36 卷 第3 期9赵书兰.《MATLAB建模与仿真》清华大学出版社，2013.10黄晨华.《工业机器人运动学逆解的几何求解方法》制造业自动化, 2014, 卷 36, 期 1511查普曼 (Chapman, S. J.) 《MATLAB编程》科学出版社，2003.12Calanca, A; Fiorini, P《Human-adaptive control of series elastic actuators》ROBOTICA, 12/2014, 卷 32, 期 813Grzegorz Granosik and Johann Borenstein, Senior Member, IEEE 《Integrated Joint Actuator for Serpentine Robots》14Cummings, Jonathan P; Ruiken, Dirk; Wilkinson, Eric L; Lanighan, Michael W; Grupen, Roderic A; Sup, Frank C《 A Compact, Modular Series Elastic Actuator》Journal of Mechanisms and Robotics, 03/2016

15何福本 梁延德 孙捷夫 郭超《基于SEA的机器人仿肌弹性驱动关节研究》中国机械工程, 2014, 卷 25, 期 7