體操機(jī)器人是娛樂機(jī)器人中的一種,它參照體操運(yùn)動(dòng)員的外形和動(dòng)作而設(shè)計(jì),能夠在單杠上完成擺起、大回環(huán)等動(dòng)作。它不僅在視覺上給人一種震撼的效果,還能激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)樂趣。從理論上講,體操機(jī)器人屬于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),其獨(dú)立控制的輸入變量小于機(jī)器人的自由度,這種特性使其在提高系統(tǒng)靈活性、降低能耗和減輕系統(tǒng)重量等方面具有優(yōu)勢。體操機(jī)器人不僅具有娛樂價(jià)值,在體操教學(xué)以及欠驅(qū)動(dòng)理論研究方面同樣發(fā)揮重要的作用。首先,本文對(duì)體操機(jī)器人的上杠、擺起和大回環(huán)等動(dòng)作進(jìn)行了規(guī)劃,以人體形態(tài)為模仿對(duì)象,設(shè)計(jì)了一款仿人形的體操機(jī)器人。由于機(jī)器人在單杠上需要完成360°連續(xù)旋轉(zhuǎn),故需攜帶獨(dú)立電源。另外,機(jī)器人內(nèi)部空間有限,故需考慮電機(jī)、控制器、電源和線路等布置。手爪相當(dāng)于被動(dòng)關(guān)節(jié),在機(jī)器人連續(xù)運(yùn)動(dòng)中起著關(guān)鍵性的作用,設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮手爪的可靠性、容錯(cuò)性以及開合速度。本文所設(shè)計(jì)的手爪為一單關(guān)節(jié)合攏機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)緊湊、簡單可靠,滿足研制要求。由于手爪受力條件較差,運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)其進(jìn)行了應(yīng)力分析。在結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,完成了主動(dòng)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器、傳感電路以及電源保護(hù)電路的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了無線指令傳輸。在上述基礎(chǔ)上,構(gòu)建了整個(gè)體操... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

多倫多大學(xué)Bortoff的Acrobot

圖 1-3 多倫多大學(xué) Bortoff 的 Acrobot 圖 1-4 丹麥技術(shù)大學(xué)研究的 A日本東京工業(yè)大學(xué)在 1999-2002 年做出了超級(jí)機(jī)械男孩（Super MechMB)，該機(jī)器人仿人形設(shè)計(jì)，為三關(guān)節(jié)體操機(jī)器人；從 2010 年開始，inamitetu 團(tuán)隊(duì)一直在研制單杠體操機(jī)器人，并實(shí)現(xiàn)了一系列體操動(dòng)作。（1）TITECH's Yamakita Lab 的超級(jí)機(jī)械男孩（SMB)[13]SMB 機(jī)器人是東京工業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)的一款欠驅(qū)動(dòng)體操機(jī)器人，為 9 連桿，可以等效為一種三關(guān)節(jié)欠驅(qū)動(dòng)體操機(jī)器人。全長約 50cm ，重量約 4k驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)[15]。整體結(jié)構(gòu)如圖 1-5 所示。

圖 1-5 東京工業(yè)大學(xué) SMB 機(jī)器人2）Hinamitetu 機(jī)器人inamitetu 從 2009 年開始研制體操機(jī)器人，從第 1 代機(jī)器人只能固回環(huán)運(yùn)動(dòng)到第 7 代機(jī)器人改進(jìn)了手爪結(jié)構(gòu)可以從單杠脫離并在空住單杠。再到革命性的第 12 代機(jī)器人，改用了新的木質(zhì)腳底結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，可以在空中翻轉(zhuǎn)一周后平穩(wěn)落地。第 17 號(hào)機(jī)器人加入了要是進(jìn)行光線感知，檢測機(jī)器人的水平位置，將機(jī)器人到達(dá)水平控制在±0.002s，機(jī)器人在單杠上的操作準(zhǔn)確性更高。第 21 號(hào)機(jī)運(yùn)動(dòng)員在單杠上的具體操作，改變了機(jī)器人的扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)，改為左間段松開。一直到第 28 代機(jī)器人，結(jié)構(gòu)更加緊湊，28cm，1.35k了減震器，并且改善了電路，加入了穩(wěn)壓比較電路，從而讓機(jī)器加精準(zhǔn)，也使得機(jī)器人在單杠上的連續(xù)翻轉(zhuǎn)變得更加連貫流暢，如圖 1-6 所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于時(shí)柵傳感技術(shù)的高分辨力磁編碼器設(shè)計(jì)與研究[J]. 陳盛,彭東林,王淑嫻,王陽陽,徐清華.  組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù). 2018(04)
[2]無人機(jī)激光跟蹤與無線供能系統(tǒng)[J]. 李志鵬,張燕革,艾勇,馮曉蕓.  激光技術(shù). 2018(03)
[3]Multi-objective Invasive Weed Optimization of the LQR Controller[J]. Hafizul Azizi Ismail,Michael S.Packianather,Roger I.Grosvenor.  International Journal of Automation and Computing. 2017(03)
[4]淺析H橋效率和峰值電流測試問題[J]. 甘建峰.  通信電源技術(shù). 2015(05)
[5]三自由度欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人抓握目標(biāo)桿運(yùn)動(dòng)控制[J]. 吳偉國,席寶時(shí).  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2013(11)
[6]基于LM2596的不間斷直流電源設(shè)計(jì)[J]. 潘傳勇,丁國臣,陳世夏.  現(xiàn)代電子技術(shù). 2013(17)
[7]欠驅(qū)動(dòng)三連桿機(jī)器人的混雜控制方法[J]. 賴旭芝,張鎮(zhèn),吳敏,潘昌忠.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2013(02)
[8]一類三關(guān)節(jié)體操機(jī)器人的類等效建模[J]. 薛方正,厚之成,李祖樞.  控制與決策. 2012(02)
[9]光電編碼器輸出信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)[J]. 王翔,郝玉福,楊璽.  伺服控制. 2010(06)
[10]一類欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制[J]. 謝衡,牛秦洲.  科學(xué)技術(shù)與工程. 2009(07)

博士論文
[1]一類非完整欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的智能控制[D]. 賴旭芝.中南大學(xué) 2001

碩士論文
[1]高低杠體操機(jī)器人軌跡規(guī)劃算法及仿真研究[D]. 張明昊.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
[2]基于DSP的蓄電池放電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 王海燕.青島大學(xué) 2016
[3]基于HALL傳感器的單對(duì)極磁編碼器研究[D]. 劉震天.杭州電子科技大學(xué) 2016
[4]Acrobot起擺與平衡控制研究[D]. 陳偉.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009
[5]一類二連桿欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析及控制[D]. 宋彥.吉林大學(xué) 2007



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