近些年來,隨著機器人技術的不斷進步,機器人的應用領域越來越廣泛,已從傳統(tǒng)的工業(yè)領域逐漸滲透到服務和家用等領域。在這些領域,機器人與人的交互越來越頻繁,而且機器人的工作環(huán)境多重多樣,復雜多變,這對機器人的性能提出了更加苛刻的要求。柔性變剛度關節(jié)由于具有較好的環(huán)境適應性,較高的負載自重比,良好的緩沖性能,有助于提升人機交互的安全性能,改善能量的利用率等特點,近年來受到了越來越多學者的關注,并逐漸成為機器人領域的研究熱點。本文從關節(jié)變剛度原理出發(fā),設計一款可變剛度柔性機械臂關節(jié),并開展了以下幾方面的工作:（1）設計變剛度關節(jié)的機械結構。首先確定關節(jié)的設計指標,提出一種基于板簧、彈簧的變剛度原理,并對關節(jié)剛度進行理論計算,對中間傳動機構進行選型分析,包括各個零部件的選型分析,關鍵元件的詳細設計分析,最終繪制關節(jié)的三維模型;最后,從理論分析的角度,分析關節(jié)的剛度變化范圍。（2）建立關節(jié)的動力學模型。由于變剛度關節(jié)和串聯(lián)彈性驅(qū)動器具有一定的相似性,因此,首先歸納總結了串聯(lián)彈性驅(qū)動器的常用動力學模型;深入研究關節(jié)建模時需要考慮的因素,建立了較為完善的變剛度關節(jié)動力學模型并通過Simulink仿真分析... 

【文章來源】：沈陽建筑大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－３意大利比薩大學的變剛度執(zhí)行器（ＶＳＡ）??

進而得到非線性的輸入輸出關系。相比于第一代ＶＳＡ，該設計有更大的變剛度范圍和更清??晰的參數(shù)優(yōu)化模型。??圖１－４?ＶＳＡ－ｎ結構原理??Ｆｉｇ．?１－４?ＶＳＡ－ＩＩ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??德國宇航中心（ＤＬＲ）將一種新型變剛度設計（ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ）［５］運用到柔性機械臂關節(jié)中，??針對機器人于環(huán)境交互的安全問題，設計和研發(fā)了這類關節(jié)，如圖１－５所示。關節(jié)電機與??諧波減速器相連，柔輪作為輸出端，剛度調(diào)節(jié)電機與剛輪相連。由上方端蓋對彈簧提前預??緊，通過剛度電機調(diào)節(jié)凸輪盤，使得關節(jié)變形，彈簧的壓縮量變化，關節(jié)的剛度得到改變，??通過改變凸輪的曲面形狀可以得到不同剛度特性的關節(jié)。??Ｔ＝＝ａ１?？??圖１－５?ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ試驗樣機??Ｆｉｇ．?１－５?ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ?ｔｅｓｔ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??在ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ的基礎上，德國宇航中心（ＤＬＲ）又研制了?ＦＳＪ?（Ｆｌｏａｔｉｎｇ?Ｓｐｒｉｎｇ?Ｊｏｉｎｔ）關??節(jié)［６］。ＦＳＪ關節(jié)是采用線性彈簧與凸輪盤結合的方式實現(xiàn)變剛度的，凸輪盤滑槽間隙內(nèi)固??定有可以沿滑槽滑動的滾輪。當向輸入端施加扭矩的時候，由于彈簧和滾輪滑槽的作用兩??凸輪盤發(fā)生相對旋轉且在軸向方向上相對分離。利用剛度調(diào)節(jié)電機調(diào)節(jié)滑槽中凸輪的位置??改變兩凸輪盤間距即改變了彈簧的預緊力

Ｆｉｇ．?１－４?ＶＳＡ－ＩＩ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??德國宇航中心（ＤＬＲ）將一種新型變剛度設計（ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ）［５］運用到柔性機械臂關節(jié)中，??針對機器人于環(huán)境交互的安全問題，設計和研發(fā)了這類關節(jié)，如圖１－５所示。關節(jié)電機與??諧波減速器相連，柔輪作為輸出端，剛度調(diào)節(jié)電機與剛輪相連。由上方端蓋對彈簧提前預??緊，通過剛度電機調(diào)節(jié)凸輪盤，使得關節(jié)變形，彈簧的壓縮量變化，關節(jié)的剛度得到改變，??通過改變凸輪的曲面形狀可以得到不同剛度特性的關節(jié)。??Ｔ＝＝ａ１?？??圖１－５?ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ試驗樣機??Ｆｉｇ．?１－５?ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ?ｔｅｓｔ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??在ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ的基礎上，德國宇航中心（ＤＬＲ）又研制了?ＦＳＪ?（Ｆｌｏａｔｉｎｇ?Ｓｐｒｉｎｇ?Ｊｏｉｎｔ）關??節(jié)［６］。ＦＳＪ關節(jié)是采用線性彈簧與凸輪盤結合的方式實現(xiàn)變剛度的，凸輪盤滑槽間隙內(nèi)固??定有可以沿滑槽滑動的滾輪。當向輸入端施加扭矩的時候，由于彈簧和滾輪滑槽的作用兩??凸輪盤發(fā)生相對旋轉且在軸向方向上相對分離。利用剛度調(diào)節(jié)電機調(diào)節(jié)滑槽中凸輪的位置??改變兩凸輪盤間距即改變了彈簧的預緊力，關節(jié)剛度隨之改變。這種結構對關節(jié)剛度調(diào)節(jié)??電機的要求比較高，摩擦力對關節(jié)性能影響較大。??

【參考文獻】：
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[7]足式機器人可變剛度柔性關節(jié)的研究[D]. 張海濤.哈爾濱工業(yè)大學 2013
[8]串聯(lián)彈性驅(qū)動器動力學模型及其特性分析[D]. 趙朋.哈爾濱工程大學 2012
[9]基于ADAMS的機器人動力學仿真研究[D]. 方琛瑋.北京郵電大學 2009
[10]基于動態(tài)實驗數(shù)據(jù)的機械系統(tǒng)動力學建模與仿真[D]. 賀朝霞.西北工業(yè)大學 2005



本文編號：2972343