本文關鍵詞：拮抗變剛度柔順驅動器的設計與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：工業(yè)機器人伴隨著人類提高生產效率,減輕勞動負擔的需要而誕生,隨著人類生活水平的提高,希望機器人能夠走進人們的生活中,給日常的生活和娛樂注入新的元素。然而在機器人進入到日常家庭之前,一直有幾個重要的難題橫亙在面前,那就是機器人在與人交互過程中存在的安全性、與周圍環(huán)境的適應性以及工作中能量利用率的問題。關節(jié)驅動器是機器人運動得以實現(xiàn)的主要功能部件,是解決上述問題的關鍵。關于驅動器的設計,目前尚未有一個切實有效的,且適用性強的柔順驅動器設計方法;生物骨骼肌驅動系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢,本文基于仿生拮抗柔順驅動的原理分析設計了一種變剛度柔順關節(jié)驅動器,并從驅動器剛度特性的角度對驅動器的安全性等問題進行分析研究,具體工作內容如下:首先,簡單介紹了柔順驅動器概念,對驅動器柔順功能的實現(xiàn)方法進行了歸納和分類,并對國內外的研究現(xiàn)狀進行了概述,列舉分析了具有代表性的拮抗變剛度柔順驅動器模型。其次,基于拮抗變剛度驅動的機理,確立了驅動器的實現(xiàn)方案;進一步分析了驅動器剛度形成原理,在此基礎上建立了驅動器剛度的數(shù)學模型;基于MATLAB數(shù)學分析工具,用變量控制法對影響該驅動器靜態(tài)剛度特性的影響因素進行了理論分析,并結合設計指標給出樣機設計指導參數(shù)。再次,根據(jù)通過對驅動電機、同步帶傳動、彈性元件等的設計計算與驗算,選定了RX-28等主要部件;依據(jù)帶傳動與張緊裝置的相關參數(shù),建立了拮抗驅動器剛度的準確數(shù)學模型;在此模型的基礎上分析了驅動器的空載靜態(tài)剛度特性和靜載靜態(tài)剛度特性,得到了驅動器靜態(tài)下剛度性能。然后,運用拉格朗日法對驅動器進行了動力學分析,得到了系統(tǒng)動力學方程;與此同時,還分別建立了拮抗SEA模型和驅動電機的數(shù)學模型;在此基礎上,于Simulink中分別建立仿真模型。最后,就拮抗驅動器進行了控制分析,結合PID控制方法,對驅動器的位置控制、剛度控制、位置-剛度解耦控制等策略進行了研究;在Simulink中設計了仿真實驗,對上述控制策略下的驅動器動態(tài)性能進行研究,結果表明驅動器可有效的跟蹤正弦波,具備一定的精度;對外部力矩作用,柔順驅動器能實現(xiàn)有效的回驅,具備一定的安全性。研制了拮抗變剛度驅動的實驗樣機,用于后期的實驗研究,對理論分析和仿真結果進行驗證。
【關鍵詞】：機器人 關節(jié)驅動器 變剛度 柔性 拮抗
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-22
• 1.1 課題背景及研究意義10-11
• 1.2 變剛度柔順驅動器的國內外研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 柔順驅動器簡介11
• 1.2.2 柔順驅動器驅動方式11-14
• 1.2.3 主動柔順驅動器14-15
• 1.2.4 被動柔順驅動器15-20
• 1.3 本文主要研究內容及框架20-22
• 第二章 拮抗變剛度驅動器的設計分析22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 驅動器設計原則及指標22-23
• 2.3 關節(jié)變剛度機理分析23-25
• 2.3.1 拮抗柔順驅動器的一般組成23-25
• 2.4 拮抗變剛度驅動器剛度模型與特性分析25-35
• 2.4.1 現(xiàn)有拮抗驅動方案局限性分析25-26
• 2.4.2 拮抗驅動器傳動方案設計26-27
• 2.4.3 拮抗變剛度驅動器的剛度特性27-30
• 2.4.4 驅動器靜態(tài)剛度特性及其影響因素30-35
• 2.5 本章小結35-36
• 第三章 拮抗變剛度驅動器設計36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 變剛度驅動器系統(tǒng)組成36-37
• 3.3 拮抗柔順驅動器傳動系統(tǒng)設計37-45
• 3.3.1 驅動電機選型與驗算37-39
• 3.3.2 同步帶傳動設計與計算39-40
• 3.3.3 驅動器柔性環(huán)節(jié)彈性元件的計算與分析40-43
• 3.3.4 輔助元器件的選型43-45
• 3.4 拮抗變剛度驅動器數(shù)學模型45-48
• 3.4.1 驅動器空載靜態(tài)剛度特性研究45-46
• 3.4.2 驅動器靜載下的靜態(tài)剛度特性46-48
• 3.5 本章小結48-49
• 第四章 拮抗變剛度驅動器控制系統(tǒng)建模49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 驅動器動力學系統(tǒng)建模49-52
• 4.2.1 單自由度拮抗驅動器動力學分析49-50
• 4.2.2 N自由度拮抗驅動系統(tǒng)動力學50-51
• 4.2.3 拮抗變剛度驅動器動力學模型51-52
• 4.3 SEA驅動器的建模52-53
• 4.4 驅動器的驅動電機建模53-60
• 4.4.1 直流伺服電機數(shù)學模型53-57
• 4.4.2 直流電機控制器數(shù)學模型57-60
• 4.5 本章小結60-61
• 第五章 變剛度驅動器動態(tài)仿真與實驗平臺61-76
• 5.1 引言61
• 5.2 拮抗柔性驅動器的控制研究61-72
• 5.2.1 驅動器控制分析61-62
• 5.2.2 PID控制器及在驅動器中的應用62-64
• 5.2.3 拮抗驅動控制策略研究64-72
• 5.3 實驗平臺搭建與實驗設計72-75
• 5.3.1 實驗樣機72-73
• 5.3.2 實驗平臺搭建73-75
• 5.4 本章小結75-76
• 第六章 總結與展望76-78
• 6.1 工作總結76-77
• 6.2 工作展望77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻79-83
• 附錄83

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 彭京啟;薄玉成;郝隆譽;;漸變剛度鋼板彈簧的共切線計算法[J];太原機械學院學報;1989年03期

2 楊衛(wèi)東;;變剛度控制的收斂性與穩(wěn)態(tài)特性分析[J];冶金自動化;2008年03期

3 王君,牛文勇,王國棟;厚度計型和動態(tài)設定型變剛度系統(tǒng)的統(tǒng)一性證明[J];控制與決策;2001年04期

4 王君,王國棟;厚度計型變剛度控制系統(tǒng)研究[J];軋鋼;2001年06期

5 孫大勝,莊中華,李敏霞,王恒新;郵電建筑抗震設計中變剛度半主動控制技術的應用研究[J];郵電設計技術;2003年07期

6 武玉新,曹振江;帶鋼熱連軋機變剛度和最優(yōu)前饋分析與實現(xiàn)[J];基礎自動化;1996年04期

7 郭龍;熊禾根;陶永;陳放;;一種基于彈簧片的可變剛度關節(jié)[J];制造業(yè)自動化;2014年17期

8 楊智勇;方登建;張靜;;變剛度柔順驅動器及其在能量輔助骨骼服中的應用[J];海軍航空工程學院學報;2013年05期

9 周少華;;修正變剛度法[J];計算技術與自動化;1987年03期

10 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 譚福平;楊潤林;牟在根;李洪泉;;結構半主動變剛度控制系統(tǒng)位置優(yōu)化研究[A];第九屆全國現(xiàn)代結構工程學術研討會論文集[C];2009年

2 閻維明;譚平;周福霖;;多結構聯(lián)系體系的主動變剛度控制[A];第七屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1998年

3 王建;李燁;李青;錢鵬;;加固、改造設計的變剛度分析方法[A];首屆全國既有結構加固改造設計與施工技術交流會論文集[C];2007年

4 譚平;閻維明;周福霖;;主動變剛度控制系統(tǒng)的瞬時最優(yōu)控制算法[A];第七屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1998年

5 林甄瑩;;樁基變剛度調平優(yōu)化設計在工程中的實際運用[A];第三屆全國建筑結構技術交流會論文集[C];2011年

6 黨發(fā)寧;侯玲;劉奉銀;王曉章;;巖土工程中有限元病態(tài)問題的變剛度解法[A];中國土木工程學會第九屆土力學及巖土工程學術會議論文集（下冊）[C];2003年

7 張啟江;;漸變剛度板簧中,長錐變截面主簧與短副簧組合方式的不適宜性分析[A];2003年十一省、區(qū)、市機械工程學術年會論文集[C];2003年

8 胡啟平;史三元;;變剛度框—剪結構的自振特性分析[A];第五屆全國結構工程學術會議論文集（第三卷）[C];1996年

9 周福霖;閻維明;譚平;;主動變剛度／阻尼系統(tǒng)的變結構控制[A];第七屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅰ卷）[C];1998年

10 王偉;;主動連續(xù)變剛度結構體系(ACVS)控制算法研究[A];新世紀 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術產業(yè)發(fā)展（下冊）[C];2001年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 尹鵬;單足彈跳機器人可變剛度柔性回轉髖關節(jié)及其特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 劉哲;考慮制造工藝約束的復合材料變剛度鋪層優(yōu)化方法研究[D];清華大學;2015年

3 高杰;高層建筑變剛度隔震技術試驗研究[D];中國建筑科學研究院;2013年

4 陳以金;變體飛行器柔性蒙皮及支撐結構性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2014年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 顧興士;氣壓調節(jié)變剛度柔性仿生機器魚機理及實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 李鴿鴿;隨機變剛度聯(lián)軸器及其對轉子系統(tǒng)動力學性能影響的研究[D];河南工業(yè)大學;2015年

3 劉昌;復合材料變剛度鋪層優(yōu)化設計方法研究[D];中北大學;2016年

4 向小健;仿生對抗變剛度驅動關節(jié)的研究與設計[D];東北大學;2014年

5 康宇;一系縱向變剛度定位裝置及其動力學影響研究[D];西南交通大學;2016年

6 王勇威;重載激振臺的多模態(tài)諧振裝置及其控制算法研究[D];吉林大學;2016年

7 楊德財;一種新型變剛度關節(jié)的設計及其控制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

8 崔濤;變剛度群樁基礎性能數(shù)值分析及沉降計算研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

9 易科勝;柔性機械臂變剛度關節(jié)的設計及實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

10 張丹丹;兩足機器人髖關節(jié)變剛度柔性驅動裝置的仿生研究[D];合肥工業(yè)大學;2016年

  本文關鍵詞：拮抗變剛度柔順驅動器的設計與研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：343647