隨著機器人技術和仿生學的發(fā)展,學者對仿生機器人的研究越來越重視。而在仿生機器人的研究過程中,關節(jié)作為其滑動轉(zhuǎn)動及擺動的關鍵部件,因靈活、緊湊、運動范圍大、剛度較高等特點,被廣泛應用于機器人等高端領域。本文以一種新型柔性連接的球頭關節(jié)為研究對象,旨在研究其結(jié)構(gòu)、運動特性、受力特性以及機構(gòu)疲勞。具體工作內(nèi)容如下:首先,參考人工置換關節(jié)的思路,將剛性的球頭關節(jié)本體和柔性的人工肌肉相結(jié)合,提出一種新型柔性連接的球頭關節(jié)機構(gòu)。并對關節(jié)的裝配結(jié)構(gòu)、參數(shù)及材料進行了研究,理論分析了柔性的人工肌肉的軸向拉力與伸長量的關系、彎曲力矩與角度的關系、扭轉(zhuǎn)力矩與角度的關系。然后,利用有限元軟件對關節(jié)靜力學下的特征進行了分析,研究了關節(jié)擺動力矩與擺角的關系,并驗證性分析了人工肌肉彎曲的推導;之后研究了不同力矩下彈簧芯直徑與橡膠囊壁厚的增加對關節(jié)擺動角度的影響,并總結(jié)規(guī)律;最后探究了關節(jié)在準靜態(tài)下的極限擺角和極限力矩。進而,進一步對關節(jié)進行動力學加載,對關節(jié)的動力學特性進行了分析。研究了關節(jié)的固有特性,分析了橡膠囊壁厚對人工肌肉的減振效果以及關節(jié)在預應力下的固有頻率和振型;然后分析了關節(jié)在穩(wěn)態(tài)激勵和沖擊載荷作用下... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

球頭關節(jié)在醫(yī)療中的應用除了人體置換關節(jié)，球頭關節(jié)還可應用在許多高靈活的并聯(lián)機構(gòu)中

燕山大學工學碩士學位論文-2-圖1-2帶球頭關節(jié)的并聯(lián)機器人但是，隨著人們對關節(jié)柔性提出的更高的要求，目前傳統(tǒng)的關節(jié)已經(jīng)遠遠不能滿足人們的需求。而柔性關節(jié)理論研究和應用的滯后,以及隨著機器人系統(tǒng)對關節(jié)更柔性化的需求，急需探索出提高關節(jié)柔性的方法或開發(fā)出具有較好柔性的新型關節(jié)，并將其應用到工程領域[3-4]。本文的主要工作是在球頭關節(jié)連接的基礎上，仿照人工置換關節(jié)中球頭關節(jié)，研究一種用于仿生機器人足部、膝部或髖部的新型柔性連接的球頭關節(jié)。研究該關節(jié)部件間的錐度鎖定結(jié)構(gòu)，柔性連接結(jié)構(gòu)的成型工藝，柔性連接結(jié)構(gòu)彎曲角度與關節(jié)的擺動角度的特點，準靜態(tài)下的關節(jié)極限擺角及極限力矩，動態(tài)加載下的關節(jié)擺動及循環(huán)加載下的關節(jié)壽命等等。本課題研究的新型柔性連接的球頭關節(jié)，主要應用于類似圖1-3所示的多足仿生機器人的足部、膝部、髖部等。如圖所示的是BionicANT螞蟻仿生機器人，該機器人的質(zhì)量雖然只有105克，但卻可以承受超過自身重力很多倍的重物。當該關節(jié)應用于仿生機器人時，為了保證關節(jié)的承載性能及靈活性，參考人工置換關節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸，關節(jié)的擺角需達到15°，能承受的力矩需達到500N·mm。因該關節(jié)的結(jié)構(gòu)參考了人工置換關節(jié)，其加工制造較為方便。目前研究關節(jié)的基本問題，隨著進一步的研究，在基本型的基礎上，還可進行帶偏角的關節(jié)的研究。圖1-3可采用球頭關節(jié)的機器螞蟻

燕山大學工學碩士學位論文-2-圖1-2帶球頭關節(jié)的并聯(lián)機器人但是，隨著人們對關節(jié)柔性提出的更高的要求，目前傳統(tǒng)的關節(jié)已經(jīng)遠遠不能滿足人們的需求。而柔性關節(jié)理論研究和應用的滯后,以及隨著機器人系統(tǒng)對關節(jié)更柔性化的需求，急需探索出提高關節(jié)柔性的方法或開發(fā)出具有較好柔性的新型關節(jié)，并將其應用到工程領域[3-4]。本文的主要工作是在球頭關節(jié)連接的基礎上，仿照人工置換關節(jié)中球頭關節(jié)，研究一種用于仿生機器人足部、膝部或髖部的新型柔性連接的球頭關節(jié)。研究該關節(jié)部件間的錐度鎖定結(jié)構(gòu)，柔性連接結(jié)構(gòu)的成型工藝，柔性連接結(jié)構(gòu)彎曲角度與關節(jié)的擺動角度的特點，準靜態(tài)下的關節(jié)極限擺角及極限力矩，動態(tài)加載下的關節(jié)擺動及循環(huán)加載下的關節(jié)壽命等等。本課題研究的新型柔性連接的球頭關節(jié)，主要應用于類似圖1-3所示的多足仿生機器人的足部、膝部、髖部等。如圖所示的是BionicANT螞蟻仿生機器人，該機器人的質(zhì)量雖然只有105克，但卻可以承受超過自身重力很多倍的重物。當該關節(jié)應用于仿生機器人時，為了保證關節(jié)的承載性能及靈活性，參考人工置換關節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸，關節(jié)的擺角需達到15°，能承受的力矩需達到500N·mm。因該關節(jié)的結(jié)構(gòu)參考了人工置換關節(jié)，其加工制造較為方便。目前研究關節(jié)的基本問題，隨著進一步的研究，在基本型的基礎上，還可進行帶偏角的關節(jié)的研究。圖1-3可采用球頭關節(jié)的機器螞蟻

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3456611