近些年來,隨著機器人技術(shù)的不斷進步,機器人的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,已從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域逐漸滲透到服務(wù)和家用等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)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(fù)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(guān)節(jié)由于具有較好的環(huán)境適應(yīng)性,較高的負(fù)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(xué)者的關(guān)注,并逐漸成為機器人領(lǐng)域的研究熱點。本文從關(guān)節(jié)變剛度原理出發(fā),設(shè)計一款可變剛度柔性機械臂關(guān)節(jié),并開展了以下幾方面的工作:（1）設(shè)計變剛度關(guān)節(jié)的機械結(jié)構(gòu)。首先確定關(guān)節(jié)的設(shè)計指標(biāo),提出一種基于板簧、彈簧的變剛度原理,并對關(guān)節(jié)剛度進行理論計算,對中間傳動機構(gòu)進行選型分析,包括各個零部件的選型分析,關(guān)鍵元件的詳細(xì)設(shè)計分析,最終繪制關(guān)節(jié)的三維模型;最后,從理論分析的角度,分析關(guān)節(jié)的剛度變化范圍。（2）建立關(guān)節(jié)的動力學(xué)模型。由于變剛度關(guān)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(jié)了串聯(lián)彈性驅(qū)動器的常用動力學(xué)模型;深入研究關(guān)節(jié)建模時需要考慮的因素,建立了較為完善的變剛度關(guān)節(jié)動力學(xué)模型并通過Simulink仿真分析... 

【文章來源】：沈陽建筑大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－３意大利比薩大學(xué)的變剛度執(zhí)行器（ＶＳＡ）??

進而得到非線性的輸入輸出關(guān)系。相比于第一代ＶＳＡ，該設(shè)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(jié)構(gòu)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(shè)計（ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ）［５］運用到柔性機械臂關(guān)節(jié)中，??針對機器人于環(huán)境交互的安全問題，設(shè)計和研發(fā)了這類關(guān)節(jié)，如圖１－５所示。關(guān)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(yù)??緊，通過剛度電機調(diào)節(jié)凸輪盤，使得關(guān)節(jié)變形，彈簧的壓縮量變化，關(guān)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(guān)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(chǔ)上，德國宇航中心（ＤＬＲ）又研制了?ＦＳＪ?（Ｆｌｏａｔｉｎｇ?Ｓｐｒｉｎｇ?Ｊｏｉｎｔ）關(guān)??節(jié)［６］。ＦＳＪ關(guān)節(jié)是采用線性彈簧與凸輪盤結(jié)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(dāng)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(zhuǎn)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(yù)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(shè)計（ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ）［５］運用到柔性機械臂關(guān)節(jié)中，??針對機器人于環(huán)境交互的安全問題，設(shè)計和研發(fā)了這類關(guān)節(jié)，如圖１－５所示。關(guān)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(yù)??緊，通過剛度電機調(diào)節(jié)凸輪盤，使得關(guān)節(jié)變形，彈簧的壓縮量變化，關(guān)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(guān)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(chǔ)上，德國宇航中心（ＤＬＲ）又研制了?ＦＳＪ?（Ｆｌｏａｔｉｎｇ?Ｓｐｒｉｎｇ?Ｊｏｉｎｔ）關(guān)??節(jié)［６］。ＦＳＪ關(guān)節(jié)是采用線性彈簧與凸輪盤結(jié)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(dāng)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(zhuǎn)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(yù)緊力，關(guān)節(jié)剛度隨之改變。這種結(jié)構(gòu)對關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)??電機的要求比較高，摩擦力對關(guān)節(jié)性能影響較大。??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]人機智能協(xié)同在醫(yī)療康復(fù)機器人領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 鄭悅,景曉蓓,李光林.  儀器儀表學(xué)報. 2017(10)
[2]主-被動復(fù)合變剛度柔性關(guān)節(jié)設(shè)計與分析[J]. 史延雷,張小俊,張明路.  機械工程學(xué)報. 2018(03)
[3]一種爬壁機器人動力學(xué)建模方法[J]. 徐亞茹,劉榮.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報. 2018(02)
[4]主被動關(guān)節(jié)柔性樹形機器人系統(tǒng)動力學(xué)建模與仿真[J]. 田富洋,曹東,董小寧,李法德,蔡占河.  動力學(xué)與控制學(xué)報. 2017(01)
[5]人機安全問題探討[J]. 劉闖,郭寶琦,張勤星,張?zhí)m.  科技傳播. 2016(06)
[6]柔性關(guān)節(jié)機器人的凱恩動力學(xué)建模與仿真分析[J]. 崔文,李成剛,林家慶,謝志紅.  機械設(shè)計與制造工程. 2015(12)
[7]柔性齒條式變剛度關(guān)節(jié)驅(qū)動器設(shè)計與研究[J]. 王偉,劉立冬,魏來,劉斐,贠超.  機械工程學(xué)報. 2016(01)
[8]機械式仿骨骼肌變剛度機構(gòu)原理及設(shè)計[J]. 王顏,房立金.  機器人. 2015(04)
[9]基于安全理念,安川積極開發(fā)人機共存機器人[J]. 廣田博康.  伺服控制. 2015(07)
[10]一種基于彈簧片的可變剛度關(guān)節(jié)[J]. 郭龍,熊禾根,陶永,陳放.  制造業(yè)自動化. 2014(17)

博士論文
[1]單足彈跳機器人可變剛度柔性回轉(zhuǎn)髖關(guān)節(jié)及其特性研究[D]. 尹鵬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[2]空間柔性機械臂動力學(xué)建模分析及在軌抓捕控制[D]. 潘冬.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014

碩士論文
[1]一種新型變剛度關(guān)節(jié)的設(shè)計及其控制研究[D]. 楊德財.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[2]柔性機械臂變剛度關(guān)節(jié)的設(shè)計及實驗研究[D]. 易科勝.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
[3]基于SEA的雙足機器人變剛度虛擬腿研究[D]. 雷昱.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2015
[4]機器人可變剛度柔性關(guān)節(jié)設(shè)計分析與試驗研究[D]. 郭龍.武漢科技大學(xué) 2015
[5]變剛度柔性關(guān)節(jié)的動態(tài)剛度辨識和控制方法研究[D]. 孟西聞.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2014
[6]基于ADAMS的三臂并聯(lián)機器人動力學(xué)研究[D]. 楊歡.中北大學(xué) 2014
[7]足式機器人可變剛度柔性關(guān)節(jié)的研究[D]. 張海濤.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[8]串聯(lián)彈性驅(qū)動器動力學(xué)模型及其特性分析[D]. 趙朋.哈爾濱工程大學(xué) 2012
[9]基于ADAMS的機器人動力學(xué)仿真研究[D]. 方琛瑋.北京郵電大學(xué) 2009
[10]基于動態(tài)實驗數(shù)據(jù)的機械系統(tǒng)動力學(xué)建模與仿真[D]. 賀朝霞.西北工業(yè)大學(xué) 2005



本文編號：2972343