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基于腱驱动的人形机器人模块化关节及控制系统研究的任务书
任务书
一、研究背景
随着科技的不断进步和发展，人形机器人的应用和需求越来越广泛，其需求在社会生活中也受到了越来越多的关注。而人形机器人的运动控制系统的结构和性能的提升是人形机器人研究中一个重要的方向。受到现有电机驱动技术的限制，现有人形机器人往往不具有足够的自由度，这也在一定程度上阻碍了人形机器人的应用和发展。因此，基于腱驱动的人形机器人所具有的模块化关节和优越的运动控制系统将成为未来人形机器人发展的重要方向。
二、研究目标
本研究旨在基于腱驱动的人形机器人的模块化关节及控制系统进行研究。研究内容主要包括以下方向：
1.基于腱驱动的人形机器人模块化关节设计及制造
2.腱驱动系统的选型、设计及实现，使其能够给出足够的力矩控制人形机器人的运动
3.建立控制算法，实现基于腱驱动的人形机器人的高效、精确、稳定的运动控制，以克服现有的低效、低精度、不稳定的问题。
三、主要研究内容
1.基于腱驱动的人形机器人模块化关节的设计和制造
本研究的设计方法首先将关节的两个部分分开设计，即驱动接口和腱驱动接口。其次，将两个部分结合起来，进行模块化的设计。在制造环节，将采用机器加工和3D打印工艺来制造模块化的关节部分。
2.腱驱动系统的选型、设计及实现
腱的选择是实现腱驱动至关重要的方面之一。适当的腱材质和径向尺寸可以有效控制腱对于运动的扭矩或拉力的大小。在腱驱动的实现方面，主要使用无刷电机和低摩擦滚柱腺来实现，以实现更好的精度和性能。
3.建立控制算法，实现基于腱驱动的人形机器人的高效、精确、稳定的运动控制
本研究采用的控制方法主要是基于运动方程的过度评估算法。该算法通过对机器人的运动学和动力学建模，将该模型反馈到控制器中，以实现高效、精确、稳定的控制。此方法还可以用于实现不同关节之间的协同工作和运动规划。
四、预期结果
本研究旨在建立一种基于腱驱动的人形机器人模块化关节及控制系统，使得人形机器人具有更高的自由度和更好的运动性能。研究主要是解决现有人形机器人所存在的低效、低精度、不稳定等问题，使机器人能够更好地运动和协作，从而为人形机器人的应用和发展提供更大的空间。
五、研究方法与技术路线
本研究采用的方法和技术包括：模块化关节设计和制造、腱材料选择和腱驱动系统的选型、设计和实现、基于运动方程的过度评估算法建模和控制、高精度运动规划、通讯协议设计等。
技术路线如下：
1.模块化关节部分的设计和制造
2.腱材质的选择和腱驱动系统的选型以及设计实现
3.建立机器人的运动学和动力学模型，并开发基于运动方程的过渡评估算法，实现运动控制
4.开发高精度运动规划功能，实现机器人的协同工作和规划
5.设计通讯协议，实现人机交互和控制模块之间的通讯。
六、研究进度安排
研究时间为一年，主要研究进度安排如下：
1.初步调研和理论分析：2个月
2.模块化关节设计和制造：2个月
3.腱材料选择和腱驱动系统的选型、设计和实现：2个月
4.建立基于运动方程的过渡评估算法：3个月
5.开发高精度运动规划功能：2个月
6.设计通讯协议：1个月
七、研究成果
1.一种基于腱驱动的人形机器人模块化关节及控制系统
2.相应的嵌入式软件和算法
3.发表相关学术论文
4.构建相应的实验平台和测试样机
八、经费预算
本研究的经费预算主要包括设备费、材料费、测试费、差旅费、课题组人员经费和其他相关费用等。预计总经费为50万元。
九、研究团队
本研究将组建一个包括教授、博士生、硕士生在内的研究团队。团队将在教授的带领下，共同完成研究并达到预期的研究目标。
十、参考文献
1.Wang,W.e.,Wang,J.,Wang,Y.,&Deng,C.(2021).AModularSwappableJointModuleBasedonTendon-DrivenMechanismforHighlyDiverseRoboticApplications.IEEEAccess,9,65573-65583.
2.Radaelli,G.,Caselitz,P.,&Caldwell,D.G.(2016).Aninvestigationonthetendon-drivenapproachwithapplicationtoarobotichand-forearmsystem.RoboticsandAutonomousSystems,76,100-111.
3.Yao,B.,Wang,Y.,Wang,W.e.,&Guo,Y.(2020).AModel-basedControlMethodforaTendon-drivenLowerLimbRehabilitationRobot.JournalofIntelligent&RoboticSystems,99(2),453-