本文關(guān)鍵詞：偏置輸出四支鏈三自由度球面并聯(lián)仿生髖關(guān)節(jié)研究

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【摘要】：人形機(jī)器人是外形、結(jié)構(gòu)、功能與人相似的一類(lèi)智能型機(jī)器人。目前已成為機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域最活躍的分支之一。仿生關(guān)節(jié)是人形機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的核心、實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵,其性能的好壞將直接影響著整個(gè)人形機(jī)器人性能及進(jìn)一步擴(kuò)展。本文以具有中心球面支鏈的、偏置輸出、高次超靜定(過(guò)約束)的3RRR+(S-P)新型三自由度球面并聯(lián)仿生關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,針對(duì)機(jī)構(gòu)的位置、工作空間、靜剛度、動(dòng)力學(xué)等幾個(gè)方面展開(kāi)了系統(tǒng)研究。為人形機(jī)器人并聯(lián)仿生關(guān)節(jié)進(jìn)一步的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā),提供了新思路和一定的理論基礎(chǔ)�；�3-RRR原型機(jī)構(gòu)的位置正反解,考慮與人體關(guān)節(jié)空間分布的一致性,確定了關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝位姿參數(shù),建立了人體與機(jī)構(gòu)空間的映射關(guān)系,推導(dǎo)并獲得新型3RRR+(S-P)仿生髖關(guān)節(jié)的位置正反解。并進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算與分析。在分析了人體中髖關(guān)節(jié)的位置、姿態(tài)、運(yùn)動(dòng)空間特征與新型3RRR+(S-P)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)的工作空間基礎(chǔ)上,比照人體髖關(guān)節(jié)的工作空間,以機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)的工作空間覆蓋人體髖關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)空間為條件,確定了關(guān)節(jié)在人形機(jī)器人本體中的安裝位姿參數(shù)。采用傳統(tǒng)的拆桿法和小變形疊加原理,對(duì)高次超靜定(過(guò)約束)3RRR+(S-P)型仿生髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了靜剛度分析;通過(guò)數(shù)值計(jì)算得到機(jī)構(gòu)的對(duì)角化剛度矩陣。與3RRR原型機(jī)構(gòu)剛度進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn):引入中心球面支鏈的3RRR+(S-P)機(jī)構(gòu)線(xiàn)位移剛度得到較大加強(qiáng),使線(xiàn)位移與角位移剛度比較均衡。證明了新型三自由度球面并聯(lián)仿生關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)可以滿(mǎn)足實(shí)際。在分析3RRR+(S-P)機(jī)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的速度和能量基礎(chǔ)上,建立了機(jī)構(gòu)的拉格朗日逆向動(dòng)力學(xué)模型,求得了平穩(wěn)的驅(qū)動(dòng)力矩表達(dá)式。通過(guò)數(shù)值計(jì)算獲得了驅(qū)動(dòng)力矩的曲線(xiàn)圖,為關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)控制提供理論支持。建立新型3RRR+(S-P)仿生髖關(guān)節(jié)的虛擬樣機(jī),并運(yùn)用ADAMS對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真。分析了外力與外力矩對(duì)引入中間球面副分支后的3RRR+(S-P)機(jī)構(gòu)與3RRR原型機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力矩的影響。分析發(fā)現(xiàn):外力對(duì)3RRR+(S-P)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)影響較小;在相同外載下,3RRR+(S-P)機(jī)構(gòu)可以在更小驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)相同的運(yùn)動(dòng)軌跡。證明了新型3RRR+(S-P)機(jī)構(gòu)在動(dòng)力學(xué)性能上更具有優(yōu)勢(shì)。
【關(guān)鍵詞】：人形機(jī)器人 仿生髖關(guān)節(jié) 運(yùn)動(dòng)學(xué) 靜剛度 動(dòng)力學(xué)
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-23
• 1.1 人形機(jī)器人概述12
• 1.2 人形機(jī)器人研究現(xiàn)狀12-16
• 1.2.1 人形機(jī)器人國(guó)外現(xiàn)狀12-15
• 1.2.2 人形機(jī)器人國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀15-16
• 1.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)與人形機(jī)器人16-20
• 1.3.1 球面并聯(lián)機(jī)器人17
• 1.3.2 人形機(jī)器人髖關(guān)節(jié)17-20
• 1.4 課題研究背景及意義20-21
• 1.5 論文的主要研究?jī)?nèi)容21-23
• 第2章 偏置輸出四支鏈三自由度球面并聯(lián)仿生髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 仿生髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)介紹23-25
• 2.2.1 仿生髖關(guān)節(jié)的描述23-24
• 2.2.2 坐標(biāo)系建立24-25
• 2.3 仿生關(guān)節(jié)空間與機(jī)構(gòu)空間的映射關(guān)系25-28
• 2.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)反解28-30
• 2.4.1 3RRR原型機(jī)構(gòu)的反解28
• 2.4.2 3RRR+(S-P)型仿生髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解28-30
• 2.5 運(yùn)動(dòng)學(xué)正解30-31
• 2.5.1 3RRR原型機(jī)構(gòu)的正解30-31
• 2.5.2 3RRR+(S-P)型仿生髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解31
• 2.6 正反解數(shù)值驗(yàn)證31-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 第3章 偏置輸出四支鏈三自由度球面并聯(lián)仿生髖關(guān)節(jié)工作空間分析34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 人體中的髖關(guān)節(jié)34-38
• 3.2.1 人體中的髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)34-35
• 3.2.2 人體骨盆結(jié)構(gòu)35-36
• 3.2.3 人體中的髖關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)36-38
• 3.3 仿生髖關(guān)節(jié)的奇異性和工空間38-45
• 3.3.1 仿生髖關(guān)節(jié)的奇異性38-40
• 3.3.2 約束分析40-42
• 3.3.3 工作空間計(jì)算42-45
• 3.4 人體工作空間和機(jī)構(gòu)工作空間的比較45-50
• 3.4.1 機(jī)構(gòu)在人體中的安裝定位a_0、b_0、g_045-46
• 3.4.2 人體髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)所需的機(jī)構(gòu)姿態(tài)角46-49
• 3.4.3 干涉分析49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第4章 偏置輸出四支鏈三自由度球面并聯(lián)仿生髖關(guān)節(jié)靜剛度分析51-68
• 4.1 引言51
• 4.2 球心點(diǎn)線(xiàn)位移與輸出桿的角位移51-60
• 4.2.1 假設(shè)條件51-52
• 4.2.2 動(dòng)平臺(tái)和輸出桿的力分析52-54
• 4.2.3 第i條支鏈下彎弧桿的變形54-56
• 4.2.4 第i條支鏈上彎弧桿的變形56-57
• 4.2.5 中間支鏈下連桿的變形57-58
• 4.2.6 球心點(diǎn)線(xiàn)位移與輸出桿的角位移58-60
• 4.3 靜剛度矩陣60-65
• 4.3.1 3RRR+(S-P)的靜剛度矩陣60-64
• 4.3.2 3RRR+(S-P)的主剛度和主剛度方向64-65
• 4.4 靜剛度數(shù)值算例65-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 第5章 偏置輸出四支鏈三自由度球面并聯(lián)仿生髖關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)分析68-84
• 5.1 引言68
• 5.2 仿生髖關(guān)節(jié)的速度和加速度68-71
• 5.2.1 速度分析68-70
• 5.2.2 加速度分析70-71
• 5.3 仿生髖關(guān)節(jié)的各構(gòu)件的能量71-79
• 5.3.1 下彎弧桿的能量71-73
• 5.3.2 上彎弧桿的能量73-74
• 5.3.3 動(dòng)平臺(tái)的能量74-76
• 5.3.4 偏置輸出桿的能量76-78
• 5.3.5 U槽的能量78-79
• 5.4 仿生髖關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)建模79-83
• 5.4.1 動(dòng)力學(xué)模型79-80
• 5.4.2 動(dòng)力學(xué)求解80-83
• 5.5 本章小結(jié)83-84
• 第6章 仿生髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真84-92
• 6.1 引言84-85
• 6.2 虛擬樣機(jī)模型85-86
• 6.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真86-88
• 6.3.1 采集人體髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)86-87
• 6.3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真87-88
• 6.4 動(dòng)力學(xué)仿真88-91
• 6.4.1 動(dòng)力學(xué)仿真88-90
• 6.4.2 中間支鏈對(duì)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)影響90-91
• 6.5 本章小結(jié)91-92
• 結(jié)論92-94
• 參考文獻(xiàn)94-99
• 攻讀碩士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要研究成果99-100
• 致謝100

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