人們對于機械臂的研究由來已久,但大多應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中的大型機器人,而對于類人型機器人機械臂的機構(gòu)研究相對較少。人們在不斷找尋與人類肌肉具有類似特性的傳動方式,現(xiàn)在研究出來的主要有液壓肌肉、氣動肌肉等,這些人工肌肉都有各自的弊端。本文主要研究一種基于鋼絲繩的腱傳動系統(tǒng),并實現(xiàn)對該系統(tǒng)的精確控制。在對腱傳動系統(tǒng)的研究中發(fā)現(xiàn),系統(tǒng)的柔性以及傳動空回是暫時已知的會影響系統(tǒng)控制性能的因素,針對這些缺陷,設(shè)計適用于本系統(tǒng)的控制器來獲得更好的控制性能。論文首先研究了柔索腱傳動的典型形式,并類比齒輪中的齒隙模型,對腱傳動中產(chǎn)生的空回現(xiàn)象進行數(shù)學(xué)模型總結(jié)分析,選取適用于本系統(tǒng)的空回模型,并對繩索傳動空回的產(chǎn)生原因進行分析。本文設(shè)計了一套符合系統(tǒng)設(shè)計指標的模塊化關(guān)節(jié),并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了機械臂肩部腱傳動系統(tǒng)。針對該傳動系統(tǒng),主要解決系統(tǒng)的柔性及傳動空回的影響。為實現(xiàn)系統(tǒng)良好的傳動性能,先對傳動系統(tǒng)進行動力學(xué)建模分析,并分析比較了 PID控制、反步自適應(yīng)等控制器設(shè)計方法,主要研究了采用反步法設(shè)計系統(tǒng)控制器,該控制器的使用較好地解決了系統(tǒng)中存在地柔性以及傳動空回的影響。本文對控制策略進行了仿真分析,比對了 PI...

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
致謝
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 機器人研究現(xiàn)狀
    1.3 機器人腱驅(qū)動研究發(fā)展綜述
        1.3.1 腱(柔索)驅(qū)動研究現(xiàn)狀
        1.3.2 鋼絲繩建模方法研究現(xiàn)狀
        1.3.3 柔性關(guān)節(jié)機械臂控制方法
    1.4 主要研究內(nèi)容
第2章 腱傳動特性分析
    2.1 引言
    2.2 典型腱傳動方式分析
        2.2.1 代替直齒輪機構(gòu)
        2.2.2 代替錐齒輪機構(gòu)
    2.3 傳動空回模型
        2.3.1 傳動空回遲滯模型
        2.3.2 動空回死區(qū)模型
        2.3.3 基于Sigmoid函數(shù)的近似死區(qū)模型
        2.3.4 “振-沖”模型
    2.4 鋼絲繩特性分析
    2.5 本章小結(jié)
第3章 模塊化關(guān)節(jié)及腱傳動系統(tǒng)設(shè)計
    3.1 引言
    3.2 關(guān)節(jié)模塊設(shè)計
        3.2.1 關(guān)節(jié)模塊性能指標設(shè)計
        3.2.2 關(guān)節(jié)模塊關(guān)鍵元件選型
        3.2.3 機器人關(guān)節(jié)模塊總體設(shè)計
        3.2.4 腱輪及鎖緊裝置設(shè)計
        3.2.5 關(guān)節(jié)模塊主要結(jié)構(gòu)校核
    3.3 腱傳動系統(tǒng)搭建
        3.3.1 傳動機構(gòu)方案設(shè)計
        3.3.2 傳動單元分析與設(shè)計
        3.3.3 傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計
    3.4 關(guān)鍵電路設(shè)計
        3.4.1 張力采集電路
        3.4.2 編碼器采集電路
    3.5 本章小結(jié)
第4章 腱傳動控制系統(tǒng)設(shè)計及分析
    4.1 引言
    4.2 腱傳動系統(tǒng)動力學(xué)研究
        4.2.1 關(guān)節(jié)模塊動力學(xué)建模
        4.2.2 基于張力傳感器動力學(xué)建模及分析
    4.3 控制方法介紹
        4.3.1 PID控制
        4.3.2 反步法自適應(yīng)控制
    4.4 系統(tǒng)控制方法設(shè)計
        4.4.1 諧波減速器控制方法
        4.4.2 基于反步法的腱傳動控制設(shè)計
    4.5 反步法控制器仿真分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 腱驅(qū)動系統(tǒng)實驗驗證
    5.1 引言
    5.2 傳感采集系統(tǒng)實驗
        5.2.1 編碼器采集
        5.2.2 張力傳感器標定
    5.3 關(guān)節(jié)模塊特性實驗
        5.3.1 關(guān)節(jié)模塊速度性能測試
        5.3.2 關(guān)節(jié)模塊輸出扭矩測試
    5.4 腱傳動系統(tǒng)控制實驗
        5.4.1 實驗平臺搭建
        5.4.2 系統(tǒng)控制性能實驗
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 全文總結(jié)
    6.2 研究展望
參考文獻



本文編號：3839827