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人机交互仿生机械臂设计原理
目录
一、文档概览．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3
1.1研究背景与意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.2国内外研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
1.3研究内容及目标．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
1.4技术路线与创新点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11
二、仿生机械臂设计理论基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14
2.1仿生学原理在机械臂设计中的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19
2.1.1人手臂生物力学分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25
2.1.2关节类型与运动学特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
2.2机械臂系统架构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29
2.2.1驱动方式与传动机构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．30
2.2.2结构形式与自由度设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．33
2.3人机交互技术概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．35
2.3.1传感器技术与信号处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．40
2.3.2控制算法与信息反馈．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．43
三、仿生机械臂关键部件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．45
3.1结构件设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．50
3.1.1材料选择与强度分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．53
3.1.2关节结构设计与优化．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．56
3.2驱动机构设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．58
3.2.1执行器选型与参数匹配．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．60
3.2.2传动系统设计与动力学分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．62
3.3感知系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．64
3.3.1触觉传感器分布与特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．65
3.3.2视觉传感器配置与图像处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．67
3.4控制系统设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．70
3.4.1控制系统硬件架构．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．74
3.4.2运动学逆解与轨迹规划．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．76
四、人机交互仿生机械臂控制系统实现．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．79
4.1传感器信号采集与处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．80
4.1.1信号调理与滤波．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82
4.1.2信号融合与特征提取．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．84
4.2控制算法设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．85
4.2.1基于神经网络的控制策略．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．88
4.2.2基于模型的控制方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．89
4.3信息反馈机制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．91
4.3.1运动状态实时显示．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．94
4.3.2虚拟现实技术与力反馈．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．95
五、仿生机械臂性
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