本文關(guān)鍵詞：三自由度水壓人工肌肉機(jī)械關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

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【摘要】：近年來,增強(qiáng)深海作業(yè)能力和提升深�？碧介_發(fā)裝備水平已成為新世紀(jì)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略取向。機(jī)械臂是水下勘探、搜索、救助打撈等領(lǐng)域的核心技術(shù)裝備,所以高操作性能的機(jī)械臂驅(qū)動器和多自由度機(jī)械關(guān)節(jié)成為了學(xué)者們的研究重點(diǎn)。水壓人工肌肉具有輸出力質(zhì)量比大、與海洋環(huán)境兼容、良好的柔性和仿生性等優(yōu)點(diǎn),使得這種新型的綠色驅(qū)動器對于海洋環(huán)境有著理想的應(yīng)用前景。本論文仿生人體肩關(guān)節(jié),對三自由度水壓人工肌肉機(jī)械關(guān)節(jié)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)與計(jì)算分析,對關(guān)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模與仿真分析,搭建了三自由度水壓人工肌肉機(jī)械關(guān)節(jié)原理樣機(jī),設(shè)計(jì)并開展了機(jī)械關(guān)節(jié)的動靜態(tài)驅(qū)動特性試驗(yàn),研究了關(guān)節(jié)系統(tǒng)的控制特性,采用PID控制策略獲得了良好的控制效果。本論文主要研究內(nèi)容如下:(1)研究人體肩關(guān)節(jié)的運(yùn)動機(jī)理和運(yùn)動參數(shù),設(shè)計(jì)了機(jī)械關(guān)節(jié)的運(yùn)動參數(shù)為:關(guān)節(jié)繞X、Y軸旋轉(zhuǎn)范圍為±30°、力矩不小于200 Nm;關(guān)節(jié)繞Z軸旋轉(zhuǎn)范圍為90°、力矩不小于100Nm;提出了三自由度機(jī)械關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)方案,計(jì)算分析了與機(jī)械關(guān)節(jié)匹配的水壓人工肌肉的適用工藝參數(shù);(2)對水壓人工肌肉及其壓力控制系統(tǒng)和機(jī)械關(guān)節(jié)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,利用MATLAB對關(guān)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行仿真,分析了關(guān)節(jié)的驅(qū)動特性;(3)制備水壓人工肌肉,進(jìn)行定收縮量試驗(yàn),確保水壓人工肌肉滿足關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)的輸出力要求,分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)并擬合得到水壓人工肌肉驅(qū)動特性;(4)搭建三自由度水壓人工肌肉機(jī)械關(guān)節(jié)系統(tǒng),開展了機(jī)械關(guān)節(jié)的驅(qū)動控制試驗(yàn)研究,包括靜態(tài)控制試驗(yàn)和動態(tài)控制試驗(yàn),關(guān)節(jié)的實(shí)際運(yùn)動范圍為:上關(guān)節(jié)繞Z軸可旋轉(zhuǎn)52°,下關(guān)節(jié)可繞X、Y軸旋轉(zhuǎn)±23°,分析系統(tǒng)的頻率特性和辨識了關(guān)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。分析了關(guān)節(jié)運(yùn)動性能與設(shè)計(jì)目標(biāo)差異以及提出了三自由度機(jī)械關(guān)節(jié)的改進(jìn)方案。
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P742

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本文編號：1290483