張拉機(jī)構(gòu)是一種由剛性桿件和柔性線索組成的柔性機(jī)構(gòu),這種剛?cè)岵?jì)的結(jié)構(gòu)形式賦予了張拉機(jī)構(gòu)極高的運動靈活性,在張拉機(jī)構(gòu)中加入驅(qū)動器使其實現(xiàn)規(guī)定軌跡的可靠運動,即為張拉整體機(jī)器人。目前張拉整體機(jī)器人的驅(qū)動形式可以分為:電機(jī)驅(qū)動、氣動驅(qū)動以及形狀記憶合金（SMA）驅(qū)動,這幾種驅(qū)動方式都有各自的局限性。聚合物纖維卷繞人工肌肉是一種新型的柔性驅(qū)動器,具有遲滯小、壽命長、價格低廉、高功率密度比等優(yōu)點,在軟體機(jī)器人領(lǐng)域展現(xiàn)了極高的應(yīng)用前景。但作為一種新興的驅(qū)動器,人工肌肉的應(yīng)用范圍仍較為局限。將人工肌肉驅(qū)動器應(yīng)用于張拉整體機(jī)器人的驅(qū)動,既可以使得張拉整體機(jī)器人的結(jié)構(gòu)更加簡單,整體柔性得到更好的發(fā)揮,又可以柔性人工肌肉的應(yīng)用領(lǐng)域得到擴(kuò)展。本文首先對張拉整體機(jī)器人的運動形式進(jìn)行分析,提出了人工肌肉與張拉整體機(jī)器人結(jié)合而產(chǎn)生的蠕動和滾動兩種基本運動形式,分別以四桿張拉整體機(jī)器人和六桿張拉整體機(jī)器人為例,對這兩種運動形式進(jìn)行原理分析。對于蠕動式四桿張拉整體機(jī)器人,利用仿生的原理,在機(jī)器人桿件底部加入針狀足,通過針狀足進(jìn)行鉗位和移動,從而實現(xiàn)四桿張拉整體機(jī)器人的蠕動。對于六桿張拉整體機(jī)器人,分析了機(jī)器人的滾動原... 

【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)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

Iogansom 的模型

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-上限制了柔性人工肌肉的發(fā)展。而張拉整體機(jī)器人是張拉整體結(jié)構(gòu)演變而來，其既具有剛性桿作為整體支撐，又存在柔性索使得其具有一定的柔性，可以使得柔性人工肌肉的應(yīng)用領(lǐng)域得到擴(kuò)展。本研究的目的在于將柔型人工肌肉應(yīng)用于張拉整體機(jī)器人，對其運動控制進(jìn)行研究。1.2張拉整體機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析張拉整體機(jī)器人是由張拉整體結(jié)構(gòu)加入驅(qū)動器演變而來的，而張拉整體結(jié)構(gòu)最早在二十世紀(jì)四十年代由Fuller提出，在《張拉整體結(jié)構(gòu)介紹》一書中，安東尼·保羅給出了張拉整體結(jié)構(gòu)的定義[13]。圖2-1所示是Ioganson的一個雕塑作品，這也可以被認(rèn)為是最早的張拉整體結(jié)構(gòu)，K.Snelson首先搭建除了張拉整體的實體[14]，如圖2-2所示，它是由四根桿件和繩索組成的。這是張拉整體結(jié)構(gòu)的藝術(shù)品階段。圖1-1Iogansom的模型圖1-2Snelson的模型此后，張拉整體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了建筑結(jié)構(gòu)階段、生物醫(yī)學(xué)階段、靜力學(xué)拓?fù)潆A段以及動力學(xué)分析階段，美國著名工程師D.H.Geiger設(shè)計的漢城體操館，如圖1-3所示，其中的穹頂結(jié)構(gòu)屬于張拉整體結(jié)構(gòu)。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-圖1-3漢城體育館穹頂前期對張拉整體結(jié)構(gòu)的研究主要是靜力學(xué)方面，最近幾年，越來越多的學(xué)者開始對張拉整體結(jié)構(gòu)的動力學(xué)特性進(jìn)行深入的研究，賦予了張拉整體結(jié)構(gòu)運動的技能，故后續(xù)張拉整體結(jié)構(gòu)也被稱為張拉機(jī)構(gòu)。S.H.Juan和J.M.Tur將其他結(jié)構(gòu)的動力學(xué)研究方法應(yīng)用于張拉整體結(jié)構(gòu)[11]，為之后更加深入的動力學(xué)探究打下了基矗與傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)相比，張拉機(jī)構(gòu)具有高柔性、可變剛度、質(zhì)量小等一系列的特性[1,2]，正是這些特性使其在柔性機(jī)器人領(lǐng)域有優(yōu)勢，而人們也逐漸開始了對張拉整體機(jī)器人的研究。2005年，C.paul等首先將張拉整體機(jī)構(gòu)與機(jī)器人相結(jié)合[15]，設(shè)計并制作了三桿張拉整體機(jī)器人，如圖1-4所示，這種機(jī)器人采用索驅(qū)動的方式，利用電機(jī)帶動輪纏繞線索，從而改變機(jī)器人中相應(yīng)索的長度，同時，C.paul還研究了三桿九索以及四桿十二索整體機(jī)器人的運動步態(tài)。圖1-4三桿九索張拉整體機(jī)器人[15]

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]可變結(jié)構(gòu)體機(jī)器人滾動步態(tài)參數(shù)優(yōu)化[J]. 杜汶娟,馬書根,李斌,王明輝,平井慎一.  機(jī)械工程學(xué)報. 2016(17)
[2]張拉整體三棱柱構(gòu)型和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析[J]. 羅阿妮,王龍昆,劉賀平,王媛媛,李全賀,曹鵬飛.  哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報. 2016(07)
[3]張拉整體結(jié)構(gòu)的多平衡態(tài)研究[J]. 蔡建國,馮健.  土木工程學(xué)報. 2014(10)
[4]可變結(jié)構(gòu)體機(jī)器人形變狀態(tài)找尋及運動方向預(yù)測方法[J]. 杜汶娟,馬書根,李斌,王明輝,平井慎一.  科學(xué)通報. 2013(S2)

碩士論文
[1]聚合物螺旋卷繞型人工肌肉的驅(qū)動特性研究及應(yīng)用[D]. 李凱.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2018
[2]球型張拉整體機(jī)器人運動性能分析與研究[D]. 辛浩.哈爾濱工程大學(xué) 2017
[3]基于四桿張拉整體結(jié)構(gòu)的機(jī)器人研究[D]. 袁李.哈爾濱工程大學(xué) 2016
[4]張拉整體移動機(jī)器人動力學(xué)及運動性能分析[D]. 紀(jì)紅娜.西安電子科技大學(xué) 2011



本文編號：3394408