本文關(guān)鍵詞：長臂式仿生軟體機器人及其運動學(xué)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著機器人產(chǎn)業(yè)的不斷擴大,機器人應(yīng)用的領(lǐng)域越來越多,傳統(tǒng)的機器人由于其擁有的很大的剛性,局限了其與環(huán)境相互作用的能力,然而軟體機器人具有充分的柔順性、適應(yīng)性、超冗余或無限自由度,甚至可以任意改變自身形狀和尺寸以適應(yīng)環(huán)境和目標(biāo),能夠完成許多傳統(tǒng)機器人不能完成的任務(wù),所以軟體機器人是一個新興且極具前景的研究方向。近年來,仿生軟體機器人已經(jīng)有了很大的發(fā)展,但是目前的仿生軟體機器人只是解決了工作過程中柔軟性的要求,而軟體機器人在工作過程中自身的剛度要求沒有得到很好的解決。本課題組研究的長臂式仿生軟體機器人具有軟體機器人的柔軟性,并且其自身的剛度可以進行獨立可變的控制,它的結(jié)構(gòu)簡單,控制方便,動作靈活,既是驅(qū)動器又是執(zhí)行器。本文對長臂式仿生軟體機器人的結(jié)構(gòu)特性、靜態(tài)特性、動態(tài)特性及其運動學(xué)模型進行了深入的研究,主要工作和成果如下:1、對長臂式仿生軟體機器人結(jié)構(gòu)特性和軸向伸長靜態(tài)特性進行研究。通過研究章魚腕足的運動特性設(shè)計了長臂式仿生軟體機器人,對軟體機器人的內(nèi)外部結(jié)構(gòu)進行分析;通過力平衡原理建立機器人軸向伸長的靜態(tài)模型,分析了靜態(tài)模型中各參數(shù)對軟體機器人軸向伸長的影響。2、提出了長臂式仿生軟體機器人主動彎曲理論。通過力矩平衡建立了長臂式仿生軟體機器人主動彎曲理論的靜態(tài)模型,分析模型中各個參數(shù)對機器人彎曲靜態(tài)模型的影響;基于氣動系統(tǒng)的動力學(xué)和熱力學(xué)原理,建立長臂式仿生軟體機器人充放氣過程動態(tài)模型,并對動態(tài)模型進行仿真分析。3、提出了長臂式仿生軟體機器人運動學(xué)模型。闡述軟體機器人運動學(xué)分析的理論基礎(chǔ);對軟體機器人平面運動學(xué)進行分析,定義出其位姿和位姿的微分變換;建立軟體機器人單節(jié)和多節(jié)的正運動學(xué)模型和逆運動學(xué)模型,并對軟體機器人空間運動學(xué)和運動位姿進行仿真分析。4、對長臂式仿生軟體機器人的靜力學(xué)和運動學(xué)實驗進行研究。搭建了長臂式仿生軟體機器人的硬件實驗平臺,構(gòu)建了實驗系統(tǒng)的控制軟件;對長臂式仿生軟體機器人的軸向伸長、彎曲和運動位姿進行實驗測試,收集實驗數(shù)據(jù),對實驗數(shù)據(jù)進行處理,繪制實驗數(shù)據(jù)曲線并對照理論仿真曲線對機器人模型進行驗證。
【關(guān)鍵詞】：長臂式仿生軟體機器人 靜力學(xué) 彎曲理論 運動學(xué)
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)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
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-19
• 1.1 課題來源11
• 1.2 本課題研究的背景和意義11-12
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3.1 長臂式仿生軟體機器人研究現(xiàn)狀與分析12-15
• 1.3.2 機器人剛度控制研究現(xiàn)狀與分析15-16
• 1.4 本論文主要工作16-19
• 第2章 長臂式仿生軟體機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計與特性分析19-35
• 2.1 引言19
• 2.2 章魚腕足的結(jié)構(gòu)、運動特性及剛度的分析19-20
• 2.2.1 章魚腕足的結(jié)構(gòu)和運動特性的分析19-20
• 2.2.2 章魚腕的剛度特性20
• 2.3 長臂式仿生軟體機器人的結(jié)構(gòu)原理20-22
• 2.3.1 主動可變剛度長臂式仿生軟體機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計20-21
• 2.3.2 主動可變剛度長臂式仿生軟體機器人的特點21-22
• 2.4 長臂式仿生軟體機器人分離單腔軸向非線性變形的靜力學(xué)模型22-28
• 2.4.1 基節(jié)分離單腔軸向非線性變形的靜力學(xué)模型22-25
• 2.4.2 尾節(jié)分離單腔軸向非線性變形的靜力學(xué)模型25-28
• 2.5 長臂式仿生軟體機器人四腔驅(qū)動軸向非線性變形的靜力學(xué)模型28-30
• 2.5.1 基節(jié)四腔驅(qū)動軸向非線性變形的靜力學(xué)模型28-29
• 2.5.2 尾節(jié)四腔驅(qū)動軸向非線性變形的靜力學(xué)模型29-30
• 2.6 軟體機器人軸向伸長靜態(tài)特性分析30-33
• 2.6.1 輸出力恒定時特性分析30-32
• 2.6.2 內(nèi)腔壓力恒定時特性分析32
• 2.6.3 伸長量恒定時特性分析32-33
• 2.7 本章小結(jié)33-35
• 第3章 長臂式仿生軟體機器人的主動彎曲理論的研究35-55
• 3.1 長臂式仿生軟體機器人彎曲變形和剛度可調(diào)的工作原理35-36
• 3.2 長臂式仿生軟體機器人彎曲力矩及角度的靜態(tài)模型分析36-48
• 3.2.1 氣壓對中心線產(chǎn)生的驅(qū)動力力矩分析36-39
• 3.2.2 硅膠基體對中心線產(chǎn)生的負載力矩分析39-44
• 3.2.3 彈簧對中心線產(chǎn)生的彎曲力矩分析44-46
• 3.2.4 軟體機器人彎曲角度靜態(tài)模型46-48
• 3.3 長臂式仿生軟體機器人彎曲角度靜態(tài)模型的仿真分析48-50
• 3.3.1 內(nèi)腔壓力的影響48-49
• 3.3.2 軟體機器人長度的影響49-50
• 3.4 長臂式仿生軟體機器人彎曲角度分析彎曲角度動態(tài)模型50-53
• 3.4.1 軟體機器人充氣時動態(tài)方程50-51
• 3.4.2 軟體機器人放氣時動態(tài)方程51-52
• 3.4.3 軟體機器人動態(tài)仿真分析52-53
• 3.5 本章小結(jié)53-55
• 第4章 長臂式仿生軟體機器人運動學(xué)模型的研究55-69
• 4.1 長臂式仿生軟體機器人運動學(xué)分析理論基礎(chǔ)55-56
• 4.1.1 空間曲線的曲率55
• 4.1.2 空間曲線的撓率55-56
• 4.1.3 空間曲線的Frenet-Serret公式56
• 4.2 長臂式仿生軟體機器人平面曲線運動學(xué)分析56-59
• 4.2.1 長臂式仿生軟體機器人位姿的分析57
• 4.2.2 長臂式仿生軟體機器人運動位姿的微分變換57-59
• 4.3 長臂式仿生軟體機器人正運動學(xué)分析59-64
• 4.3.1 單節(jié)軟體機器人的正運動學(xué)59-62
• 4.3.2 多節(jié)軟體機器人的空間正運動學(xué)62-64
• 4.4 長臂式仿生軟體機器人逆運動學(xué)分析64-65
• 4.4.1 單節(jié)軟體機器人的逆運動學(xué)模型64-65
• 4.4.2 多節(jié)軟體機器人的逆運動學(xué)模型65
• 4.5 長臂式仿生軟體機器人運動學(xué)仿真65-66
• 4.6 長臂式仿生軟體機器人運動位姿仿真66-67
• 4.7 本章小結(jié)67-69
• 第5章 長臂式仿生軟體機器人靜力學(xué)和運動學(xué)實驗研究69-81
• 5.1 試驗系統(tǒng)69-73
• 5.1.1 實驗原理69
• 5.1.2 硬件系統(tǒng)69-71
• 5.1.3 實驗平臺及其接線圖71-72
• 5.1.4 軟件系統(tǒng)72-73
• 5.2 長臂式仿生軟體機器人軸向伸長實驗73-77
• 5.3 長臂式仿生軟體機器人彎曲角度實驗77-78
• 5.4 長臂式仿生軟體機器人的運動實驗78-79
• 5.5 本章小結(jié)79-81
• 第6章 總結(jié)與展望81-83
• 6.1 全文總結(jié)81
• 6.2 創(chuàng)新點81-82
• 6.3 展望82-83
• 參考文獻83-87
• 致謝87-89
• 攻讀學(xué)位期間參加的科研項目和成果89

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本文編號：368580