科技文献检索及利用课程报告模板

1、成绩评定 重庆大学研究生科技文献检索及利用课程报告 姓名： 学号： 学院： 机械工程学院 电话： 电子邮箱： 完成日期： 2015年5月28日 课 题名 称中文：机器人假肢手力控制系统的设计研究英文：Research on Design of Force Control System for the Robot Prosthetic hand选 题 来 源 科研项目 学习选题 兴趣选题信息调研要点需要查证的内容要点：1、了解国内外机器人假肢手的研究现状及发展趋势；2、了解现有假肢手的驱动方式、基本结构；3、了解假肢手的力控制方法以及传统PID与模糊PID控制的优缺点；4、了解被抓物体刚度与建模

2、误差对力控制性能的影响。信息调研方法 常规检索法 引文法 实地考察 访谈法文 献 信 息 检 索检索范围1、CNKI中国学术文献总库1999年 - 2014年6月 2、万方中国重要会议论文全文数据1999年 - 2014年6月 3、万方中国学位论文库1999年 - 2014年6月 4、Web of Science1999年 - 2014年6月5、EI Compendex 1999年 - 2014年6月6、IEEE/IET Electronic Library(IEL)1999年 - 2014年6月 文 献 信 息 检 索检索词和检索式1、 检索词（中文英文）（1）（假肢手 / Prosthet

3、ic hand)（2）（腱驱动 / Tendon-driven）（3）（PID控制/PID control）（4）（抓取力 / Grasping force）2、检索式( prosthetic hand *Tendon-drive* ) and (PID control or PID) and(Grasping force*)注：1. 以上检索式仅为一般表达式，具体形式因不同文库而异；2. 本文所采用的假肢手结构是腱驱动，所以为Tendon-driven。检 索结果1Massa B5 Roccella S,Carrozza M C,et al. Design and development o

4、f an underactuatedprosthetic handJ. IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2002,4:3374-3379.2Carozza M C,Cappiello G, Stellin G, et al. On the development of a novel adaptive prosthetic hand with compliant joints: experimental platform and EMG controlJ. IEEE/RSJ International Conf

5、erence on Intelligent Robots and Systems,2005:1271-1276.3Zollo L,Roccella S, Guglielmelli E,et al. Biomechatronic design and control of ananthropomorphic artificial hand for prosthetic and robotic applicationsJ.IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2007,12(4): 418-429.4Erik D. Engeberg, Sanford G

6、Meek, Mark A. Minor, Hybrid Force-Velocity Sliding Mode Control of a Prosthetic HandJ,IEEE Transactions on Biomedical Engineering,2008, 1572-1581.5Patrizia Scherillo, Bruno Sicilian,Loredana Zollo, Parallel Force/Position Control of a Novel Biomechatronic Hand ProsthesisJ5 Proc. IEEE Int. Conf. on A

7、dvanced Intelligent Mechatronics, 2003, 920-925.6Cheng-Hung Chen, D. Subbaram Naidu,Alba Perez-Gracia-Getal. Hybrid Control Strategy for Five-Fingered Smart Prosthetic HandJ,Proceedings of the 48th IEEE Conference on Decision and Control,2009,5102-5107.7 Yang Dapeng,Zhao Jingdong,Gu Yikun,et al.An A

8、nthropomorphic Robot Hand,Developed Based on Underactuated Mechanism and Controlled by EMG,SingalsJ.Journal of Bionic Engineering,2009,6:255-263.8Neville Hogan, Impedance Control: An Approach to Manipulation: PartI-TheoryJ,American Control Conference, 1999,304 - 313.9Neville Hogan, Impedance Control

9、: An Approach to Manipulation: PartIII-ApplicationsJ, Journal of Dynamic Systems, 2000,17-24.10Seul Jung, T. C. Hsia,Robert G Bonitz. Force Tracking Impedance Control of Robot Manipulators Under Unknown EnvironmentJ, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2004,474 -483.11Homayonn Seraji,Ri

10、chard Colbaugh. Force Tracking in Impedance ControlJ, The International Journal of Robotics Reaearch, 1999,97-117.文献信息检索检索结果12T.A. Lasky,T.C. Hsia. On Force-Tracking Impedance Control of Robot ManipulatorsJ. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2000,274-280.13

11、Meng Q,Wang H,Li P,et al. Dexterous underwater robot hand: HEU Hand IIJ.Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, 2006: 1477-1482.14 张可科,熊蔡华,贺磊,等.基于DSP的仿人形假手控制系统研究J.机电工程, 2013, 30(4): 450-453.15 刘姜力,黄海,等.欠驱动耦合传动式仿人手指机构.中国:AP,2008-06-04.16 史士财,高晓辉,姜力,等.欠驱动自

12、适应机器人手的研制J.机器人,2004,26(6):496-501.17 俞昌东,姜力,黄海,等.残疾人假手的仿人和欠驱动机构研究J.机械设计,2007,24(9):44- 46.18 茅一春,朱向阳,李顺冲,等.一种新型欠驱动拟人机械手的设计J.机械设计与研究,2008,24(3): 33-38.19 陈光.我国残疾人用品生产和供应概况及发展趋势A.2001年中国残疾人康复论坛专题C.2001.07:12-17.20 何永强,张启先.基于分散神经网络的多指灵巧手位置控制J.机器人,2002,V24:26-30.21 张文增,陈强,孙振国,等.高欠驱动的拟人机器人多指手J.清华大学学报:自然科

13、学版2004,(5):597-600.22 张文增,陈强,孙振国.拟人机器人手的设计与实现J.机械工程学报,2005,41(5):123-126.23 王伟,张晶涛,柴天佑.PID参数先进整定方法综述J.自动化学报.2000,26(3):347-35.24 夏红,赏星耀,宋建成.PID参数自整定方法综述J.浙江科技学院学报.2003,15(4): 236-240.25 陈青昌,彭力,康勇.基于极点配置的DC/DC变换器PID参数优化设计J.通信电源技术.2005,22(2): 6-8.26 陈立峰.PID控制技术及其参数整定方法J.济宁学院学报.2008,29(6).其他信息收集（1）访谈法：

14、经过导师的指导和师兄师姐的帮助了解到：手是人体上一个很重要的器官,人类通过自己的手来完成各种复杂的任务并从周围环境中获得各种信息。然而由于疾病、交通意外、战争等原因,失去上臂者逐年增加。为了解决上肢截肢给人带来的各种困扰,国内外研究者努力创新假肢手技术,希望能够制造出高度拟人化假肢手。由于全驱动灵巧手驱动元件多、体积大、控制复杂、成本高等缺点，无法得到大范围推广；而欠驱动假肢手由于体积小、重量轻、操作灵活、可靠性高和控制简单等优点而受到研究者的青睐。目前耦合欠驱动手指机构有以下三种基本机构：连杆传动、齿轮传动和腱驱动。腱驱动与人手的肌腱类似，实现了假肢手的灵巧化和拟人，并且具有很好的自适应性和

15、耦合性。 由于假肢手在实际使用过程中需要抓取各种不同刚度的物体,假肢手抓握力控制器应能实现对不同刚度物体的准确抓取,保证抓取安全可靠。同时假肢手的响应速度对假肢手的工作性能影响很大,如果假肢手系统的响应时间过长,则无法保证在响应时间内物体不会与假肢手发生脱离,从而导致物体掉落破坏。综合考虑，假肢手抓握力控制系统不仅需要具有较快的响应速度,同时也应该保证抓握力不出现超调。而假肢手系统的抓握力响应特性不光受到系统本身特性的影响,同时也受到控制系统及压力传感器特性的影响,因此为了使假肢手获得更好的响应性能,保证假肢手工作稳定可靠,有必要进行假肢手的系统动态响应特性分析及压力传感器的特性分析,从而根据

16、假肢手系统的动态响应特性及传感器模型进行抓握力控制器的设计。（2）引文法： 向前引文：例如，通过欠驱动自适应机器人手的研制以及.基于DSP的仿人形假手控制系统研究这两篇文章的参考文献找到了两篇较有价值的文章：1Massa B5 Roccella S,Carrozza M C,et al.Design and development of an underactuated prosthetic handJ. IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2002,4:3374-3379.4Erik D. Engeberg, S

17、anford G Meek, Mark A. Minor, Hybrid Force-Velocity Sliding Mode Control of a Prosthetic HandJ,IEEE Transactions on Biomedical Engineering,2008, 1572-1581. 向后引文：例如，通过On Force-Tracking Impedance Control of Robot Manipulators进行向后引文，发现了一片2012年发表的文章引用了该文，该发现的文章也对本课题有着很高的价值。6Cheng-Hung Chen,D.Subbaram Na

18、idu,Alba Perez-Gracia-Getal. Hybrid Control Strategy for Five-Fingered Smart Prosthetic HandJ,Proceedings of the 48th IEEE Conference on Decision and Control,2009,5102-5107. 信息分析：（1） 研究现状： 假肢手的控制系统是假肢手能够有效工作的前提,决定了假肢手能否得到广泛应用,因此国内外许多专家学者在假肢手的控制方面做了许多的研究工作,希望研究出算法简单,鲁棒性高的控制器对假肢手进行控制,从而保证假肢手能够按照上层控制器的

19、指定产生运动,最终实现对假肢手抓握过程的控制,保证假肢手能够实现对不同刚度物体的有效抓取。Erik D. Engeberg等利用混合力/速度滑模控制方法4对单自由度假肢手进行控制；Patrizia Scherillo等利用平行混合力/位置控制方法5对一种三关节假肢手进行控制,并对不同的手指进行控制实验,取得了不错的控制效果；Erik D. Engeberg等提出了一种基于抓握力微分反馈的假肢手控制方法对一种单自由度假肢手进行控制。虽然国内外专家学者提出了许多应用于假肢手的控制方法,但由于腱驱动假肢手的逆运动学存在多解,无法通过手指指尖位置来反推出假肢手关节角度,因此,一些常用的控制方法在腱驱动

20、假肢手的控制中受到限制,无法用于腱驱动假肢手的控制过程,而且控制器设计时没有考虑环境变化对控制性能的影响,不能保证抓取效果。（2） 研究热点：由于假肢手的抓握稳定性主要由抓握力决定,位置控制对抓取过程的影响没有抓握力控制作用大,而且压力传感器FSR对自由空间的位置控制不会造成影响,因此为了研究压力传感器FSR对控制性能的影响,并根据影响特性进行抓握力控制器设计,保证抓握力控制响应速度快并且不出现超调。对于较简单的机器人系统,常规PID的控制效果还是较明显的,但是由于假肢手系统的非线性特性使其控制效果不具备好的鲁棒性,模糊PID控制器综合了模糊逻辑推理系统及经典PID控制方法的优点,能够根据系统

21、响应特性自动调整PID控制器的参数,从而提高假肢手系统的响应性能,因此,采用模糊PID控制器作为腱驱动假肢手的抓握力控制系统成为目前的热点。（3）重要研究人员：Erik D. Engeberg: a Research and Teaching Assistant in the Mechanical Engineering Department, University of Utah. Patrizia Scherillo: PRISMA Lab-Dipartimento di Infomatica e Sistemistica University（4）有价值的文献：2Carozza M C,

22、Cappiello G, Stellin G, et al. On the development of a novel adaptive prosthetic hand with compliant joints: experimental platform and EMG controlJ. IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems,2005:1271-1276.4Erik D. Engeberg, Sanford G Meek, Mark A. Minor, Hybrid Force-Veloc

23、ity Sliding Mode Control of a Prosthetic HandJ,IEEE Transactions on Biomedical Engineering,2008, 1572-1581.5Patrizia Scherillo, Bruno Sicilian,Loredana Zollo, Parallel Force/Position Control of a Novel Biomechatronic Hand ProsthesisJ5 Proc. IEEE Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics, 2003,

24、 920-925.7 Yang Dapeng,Zhao Jingdong,Gu Yikun,et al.An Anthropomorphic Robot Hand,Developed Based on Underactuated Mechanism and Controlled by EMG,SingalsJ.Journal of Bionic Engineering,2009,6:255-263.10Seul Jung, T. C. Hsia,Robert G Bonitz. Force Tracking Impedance Control of Robot Manipulators Und

25、er Unknown EnvironmentJ, IEEE Transactions on Control Systems Technology, 2004,474 -483.14 张可科,熊蔡华,贺磊,等.基于DSP的仿人形假手控制系统研究J.机电工程, 2013, 30(4): 450-453.25 陈青昌,彭力,康勇.基于极点配置的DC/DC变换器PID参数优化设计J.通信电源技术.2005,22(2): 6-8.26 陈立峰.PID控制技术及其参数整定方法J.济宁学院学报.2008,29(6).（5） 发展趋势： 随着假肢手技术的发展及使用者需求的提高,对假肢手的工作性能提出了更高的要求,而抓握力控制系统作为假肢手稳定抓取的保证,得到了国内外学者的广泛关注随着科技技术水平的发展。由于全驱动灵巧手基本可以像人手一样。但是其价格成本高，结构和控制相当复杂。对比分