傳統(tǒng)的剛性機械臂具有機構(gòu)自重大、安全性差等缺點,難以實現(xiàn)輕量化、柔性化。研究人員提出了具有質(zhì)量輕、環(huán)境適應(yīng)性好、驅(qū)動簡單、體積小等優(yōu)點的柔性機械臂,已經(jīng)成為機械臂技術(shù)的研究熱點。但柔性機械臂存在剛度低、控制精度低和控制困難等缺點。于是提高柔性機械臂的剛度和控制精度,以及研究柔性機械臂的控制方法成為當前柔性機械臂技術(shù)的研究重點。本文針對柔性機械臂存在的問題,基于柔性驅(qū)動和散粒體阻塞機理設(shè)計出剛度可調(diào)的柔性機械臂;通過理論分析和實驗研究對柔性機械臂的剛度調(diào)節(jié)特性進行研究;分析了柔性機械臂系統(tǒng)的工作原理,建立了柔性機械臂氣動系統(tǒng)的數(shù)學模型;利用PID反饋控制器建立了柔性機械臂的控制模型,并借助Simulink工具進行數(shù)值仿真分析,利用實驗平臺進行實驗驗證。本文的主要工作內(nèi)容和結(jié)論如下:1.通過靜力學理論分析和實驗驗證,對柔性機械臂的主要構(gòu)件變剛度桿進行研究。利用POM顆粒作為散粒體、硅膠材料作為外膜制作基于阻塞機理的變剛度桿,分析了散粒體阻塞過程;通過靜力學分析得出真空度、外膜種類等因素與變剛度桿剛度關(guān)系的靜力學方程;通過變剛度桿靜力學實驗,驗證了變剛度桿靜力學方程的準確性。得出通過改變真空... 

【文章來源】：河南工業(yè)大學河南省

【文章頁數(shù)】：89 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 課題來源
    1.2 研究背景及意義
    1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述
        1.3.1 柔性驅(qū)動器綜述
        1.3.2 變剛度機構(gòu)綜述
        1.3.3 散粒體阻塞理論
        1.3.4 柔性機械臂綜述
    1.4 研究內(nèi)容與章節(jié)安排
        1.4.1 研究內(nèi)容
        1.4.2 章節(jié)安排
    1.5 本章小結(jié)
2 基于散粒體阻塞機理的變剛度桿靜力學分析
    2.1 引言
    2.2 散粒體阻塞過程分析
    2.3 變剛度桿靜力學理論分析
        2.3.1 變剛度桿壓縮剛度模型
        2.3.2 變剛度桿彎曲剛度模型
        2.3.3 變剛度桿剪切剛度模型
    2.4 不同真空度下變剛度桿靜力學實驗
        2.4.1 變剛度桿壓縮剛度實驗
        2.4.2 變剛度桿彎曲剛度實驗
        2.4.3 變剛度桿剪切剛度實驗
        2.4.4 實驗數(shù)據(jù)分析
    2.5 本章小結(jié)
3 基于氣動肌肉的柔性機械臂系統(tǒng)設(shè)計
    3.1 引言
    3.2 氣動肌肉介紹
        3.2.1 氣動肌肉發(fā)展及應(yīng)用
        3.2.2 Festo氣動人工肌肉性能介紹
    3.3 基于氣動肌肉的柔性機械臂機構(gòu)設(shè)計
        3.3.1 新型變剛度驅(qū)動桿機構(gòu)設(shè)計
        3.3.2 柔性機械臂機構(gòu)設(shè)計及工作原理
    3.4 氣動系統(tǒng)原理及設(shè)計
        3.4.1 氣動系統(tǒng)的工作原理
        3.4.2 氣動系統(tǒng)元器件選型
    3.5 柔性機械臂控制系統(tǒng)設(shè)計
        3.5.1 控制系統(tǒng)組成及原理
        3.5.2 控制系統(tǒng)主要元器件選型
        3.5.3 柔性機械臂硬件平臺
    3.6 本章小結(jié)
4 柔性機械臂系統(tǒng)數(shù)學建模
    4.1 引言
    4.2 氣動系統(tǒng)數(shù)學模型分析
        4.2.1 氣動肌肉靜態(tài)模型
        4.2.2 氣動肌肉動態(tài)特性
        4.2.3 電磁開關(guān)閥
        4.2.4 PWM占空比信號
    4.3 柔性機械臂運動學分析
        4.3.1 正運動學分析
        4.3.2 逆運動學分析
    4.4 本章小結(jié)
5 柔性機械臂控制仿真與實驗
    5.1 引言
    5.2 柔性機械臂PID控制策略
    5.3 柔性機械臂仿真分析
        5.3.1 氣動肌肉氣壓控制仿真分析
        5.3.2 柔性機械臂軌跡跟蹤控制仿真
    5.4 實驗平臺驗證與結(jié)果分析
        5.4.1 氣動肌肉氣壓控制實驗
        5.4.2 柔性機械臂控制實驗
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
    結(jié)論
    展望
致謝
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及科研成果


【參考文獻】：
期刊論文
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[3]考慮關(guān)節(jié)柔性的機器人動力學分析與仿真[J]. 范紀華,章定國,諶宏,方海峰.  計算機仿真. 2017(08)
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博士論文
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碩士論文
[1]一種充氣式軟體全向彎曲模塊關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 董紅兵.哈爾濱工業(yè)大學 2016
[2]基于SMA與繩索混合驅(qū)動介入主動導管研究[D]. 張健.南京航空航天大學 2014



本文編號：3181917