發(fā)布時間：2017-05-03 20:06

  本文關(guān)鍵詞：拮抗變剛度柔順驅(qū)動器的設(shè)計(jì)與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：工業(yè)機(jī)器人伴隨著人類提高生產(chǎn)效率,減輕勞動負(fù)擔(dān)的需要而誕生,隨著人類生活水平的提高,希望機(jī)器人能夠走進(jìn)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(jī)器人進(jìn)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(jī)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(yīng)性以及工作中能量利用率的問題。關(guān)節(jié)驅(qū)動器是機(jī)器人運(yùn)動得以實(shí)現(xiàn)的主要功能部件,是解決上述問題的關(guān)鍵。關(guān)于驅(qū)動器的設(shè)計(jì),目前尚未有一個切實(shí)有效的,且適用性強(qiáng)的柔順驅(qū)動器設(shè)計(jì)方法;生物骨骼肌驅(qū)動系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢,本文基于仿生拮抗柔順驅(qū)動的原理分析設(shè)計(jì)了一種變剛度柔順關(guān)節(jié)驅(qū)動器,并從驅(qū)動器剛度特性的角度對驅(qū)動器的安全性等問題進(jìn)行分析研究,具體工作內(nèi)容如下:首先,簡單介紹了柔順驅(qū)動器概念,對驅(qū)動器柔順功能的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了歸納和分類,并對國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述,列舉分析了具有代表性的拮抗變剛度柔順驅(qū)動器模型。其次,基于拮抗變剛度驅(qū)動的機(jī)理,確立了驅(qū)動器的實(shí)現(xiàn)方案;進(jìn)一步分析了驅(qū)動器剛度形成原理,在此基礎(chǔ)上建立了驅(qū)動器剛度的數(shù)學(xué)模型;基于MATLAB數(shù)學(xué)分析工具,用變量控制法對影響該驅(qū)動器靜態(tài)剛度特性的影響因素進(jìn)行了理論分析,并結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)給出樣機(jī)設(shè)計(jì)指導(dǎo)參數(shù)。再次,根據(jù)通過對驅(qū)動電機(jī)、同步帶傳動、彈性元件等的設(shè)計(jì)計(jì)算與驗(yàn)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(guān)參數(shù),建立了拮抗驅(qū)動器剛度的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型;在此模型的基礎(chǔ)上分析了驅(qū)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(qū)動器靜態(tài)下剛度性能。然后,運(yùn)用拉格朗日法對驅(qū)動器進(jìn)行了動力學(xué)分析,得到了系統(tǒng)動力學(xué)方程;與此同時,還分別建立了拮抗SEA模型和驅(qū)動電機(jī)的數(shù)學(xué)模型;在此基礎(chǔ)上,于Simulink中分別建立仿真模型。最后,就拮抗驅(qū)動器進(jìn)行了控制分析,結(jié)合PID控制方法,對驅(qū)動器的位置控制、剛度控制、位置-剛度解耦控制等策略進(jìn)行了研究;在Simulink中設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn),對上述控制策略下的驅(qū)動器動態(tài)性能進(jìn)行研究,結(jié)果表明驅(qū)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(qū)動器能實(shí)現(xiàn)有效的回驅(qū),具備一定的安全性。研制了拮抗變剛度驅(qū)動的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),用于后期的實(shí)驗(yàn)研究,對理論分析和仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
【關(guān)鍵詞】：機(jī)器人 關(guān)節(jié)驅(qū)動器 變剛度 柔性 拮抗
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(qū)動器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-20
• 1.2.1 柔順驅(qū)動器簡介11
• 1.2.2 柔順驅(qū)動器驅(qū)動方式11-14
• 1.2.3 主動柔順驅(qū)動器14-15
• 1.2.4 被動柔順驅(qū)動器15-20
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容及框架20-22
• 第二章 拮抗變剛度驅(qū)動器的設(shè)計(jì)分析22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 驅(qū)動器設(shè)計(jì)原則及指標(biāo)22-23
• 2.3 關(guān)節(jié)變剛度機(jī)理分析23-25
• 2.3.1 拮抗柔順驅(qū)動器的一般組成23-25
• 2.4 拮抗變剛度驅(qū)動器剛度模型與特性分析25-35
• 2.4.1 現(xiàn)有拮抗驅(qū)動方案局限性分析25-26
• 2.4.2 拮抗驅(qū)動器傳動方案設(shè)計(jì)26-27
• 2.4.3 拮抗變剛度驅(qū)動器的剛度特性27-30
• 2.4.4 驅(qū)動器靜態(tài)剛度特性及其影響因素30-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 第三章 拮抗變剛度驅(qū)動器設(shè)計(jì)36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 變剛度驅(qū)動器系統(tǒng)組成36-37
• 3.3 拮抗柔順驅(qū)動器傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)37-45
• 3.3.1 驅(qū)動電機(jī)選型與驗(yàn)算37-39
• 3.3.2 同步帶傳動設(shè)計(jì)與計(jì)算39-40
• 3.3.3 驅(qū)動器柔性環(huán)節(jié)彈性元件的計(jì)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(qū)動器數(shù)學(xué)模型45-48
• 3.4.1 驅(qū)動器空載靜態(tài)剛度特性研究45-46
• 3.4.2 驅(qū)動器靜載下的靜態(tài)剛度特性46-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第四章 拮抗變剛度驅(qū)動器控制系統(tǒng)建模49-61
• 4.1 引言49
• 4.2 驅(qū)動器動力學(xué)系統(tǒng)建模49-52
• 4.2.1 單自由度拮抗驅(qū)動器動力學(xué)分析49-50
• 4.2.2 N自由度拮抗驅(qū)動系統(tǒng)動力學(xué)50-51
• 4.2.3 拮抗變剛度驅(qū)動器動力學(xué)模型51-52
• 4.3 SEA驅(qū)動器的建模52-53
• 4.4 驅(qū)動器的驅(qū)動電機(jī)建模53-60
• 4.4.1 直流伺服電機(jī)數(shù)學(xué)模型53-57
• 4.4.2 直流電機(jī)控制器數(shù)學(xué)模型57-60
• 4.5 本章小結(jié)60-61
• 第五章 變剛度驅(qū)動器動態(tài)仿真與實(shí)驗(yàn)平臺61-76
• 5.1 引言61
• 5.2 拮抗柔性驅(qū)動器的控制研究61-72
• 5.2.1 驅(qū)動器控制分析61-62
• 5.2.2 PID控制器及在驅(qū)動器中的應(yīng)用62-64
• 5.2.3 拮抗驅(qū)動控制策略研究64-72
• 5.3 實(shí)驗(yàn)平臺搭建與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)72-75
• 5.3.1 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)72-73
• 5.3.2 實(shí)驗(yàn)平臺搭建73-75
• 5.4 本章小結(jié)75-76
• 第六章 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 工作總結(jié)76-77
• 6.2 工作展望77-78
• 致謝78-79
• 參考文獻(xiàn)79-83
• 附錄83

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