隨著機(jī)器人技術(shù)和仿生學(xué)的發(fā)展,學(xué)者對仿生機(jī)器人的研究越來越重視。而在仿生機(jī)器人的研究過程中,關(guān)節(jié)作為其滑動轉(zhuǎn)動及擺動的關(guān)鍵部件,因靈活、緊湊、運(yùn)動范圍大、剛度較高等特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人等高端領(lǐng)域。本文以一種新型柔性連接的球頭關(guān)節(jié)為研究對象,旨在研究其結(jié)構(gòu)、運(yùn)動特性、受力特性以及機(jī)構(gòu)疲勞。具體工作內(nèi)容如下:首先,參考人工置換關(guān)節(jié)的思路,將剛性的球頭關(guān)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(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。并對關(guān)節(jié)的裝配結(jié)構(gòu)、參數(shù)及材料進(jìn)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(guān)系、彎曲力矩與角度的關(guān)系、扭轉(zhuǎn)力矩與角度的關(guān)系。然后,利用有限元軟件對關(guān)節(jié)靜力學(xué)下的特征進(jìn)行了分析,研究了關(guān)節(jié)擺動力矩與擺角的關(guān)系,并驗證性分析了人工肌肉彎曲的推導(dǎo);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(guān)節(jié)擺動角度的影響,并總結(jié)規(guī)律;最后探究了關(guān)節(jié)在準(zhǔn)靜態(tài)下的極限擺角和極限力矩。進(jìn)而,進(jìn)一步對關(guān)節(jié)進(jìn)行動力學(xué)加載,對關(guān)節(jié)的動力學(xué)特性進(jìn)行了分析。研究了關(guān)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(guān)節(jié)在預(yù)應(yīng)力下的固有頻率和振型;然后分析了關(guān)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(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

球頭關(guān)節(jié)在醫(yī)療中的應(yīng)用除了人體置換關(guān)節(jié)，球頭關(guān)節(jié)還可應(yīng)用在許多高靈活的并聯(lián)機(jī)構(gòu)中

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-圖1-2帶球頭關(guān)節(jié)的并聯(lián)機(jī)器人但是，隨著人們對關(guān)節(jié)柔性提出的更高的要求，目前傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。而柔性關(guān)節(jié)理論研究和應(yīng)用的滯后,以及隨著機(jī)器人系統(tǒng)對關(guān)節(jié)更柔性化的需求，急需探索出提高關(guān)節(jié)柔性的方法或開發(fā)出具有較好柔性的新型關(guān)節(jié)，并將其應(yīng)用到工程領(lǐng)域[3-4]。本文的主要工作是在球頭關(guān)節(jié)連接的基礎(chǔ)上，仿照人工置換關(guān)節(jié)中球頭關(guān)節(jié)，研究一種用于仿生機(jī)器人足部、膝部或髖部的新型柔性連接的球頭關(guān)節(jié)。研究該關(guān)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(guān)節(jié)的擺動角度的特點(diǎn)，準(zhǔn)靜態(tài)下的關(guān)節(jié)極限擺角及極限力矩，動態(tài)加載下的關(guān)節(jié)擺動及循環(huán)加載下的關(guān)節(jié)壽命等等。本課題研究的新型柔性連接的球頭關(guān)節(jié)，主要應(yīng)用于類似圖1-3所示的多足仿生機(jī)器人的足部、膝部、髖部等。如圖所示的是BionicANT螞蟻仿生機(jī)器人，該機(jī)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(dāng)該關(guān)節(jié)應(yīng)用于仿生機(jī)器人時，為了保證關(guān)節(jié)的承載性能及靈活性，參考人工置換關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸，關(guān)節(jié)的擺角需達(dá)到15°，能承受的力矩需達(dá)到500N·mm。因該關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)參考了人工置換關(guān)節(jié)，其加工制造較為方便。目前研究關(guān)節(jié)的基本問題，隨著進(jìn)一步的研究，在基本型的基礎(chǔ)上，還可進(jìn)行帶偏角的關(guān)節(jié)的研究。圖1-3可采用球頭關(guān)節(jié)的機(jī)器螞蟻

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-2-圖1-2帶球頭關(guān)節(jié)的并聯(lián)機(jī)器人但是，隨著人們對關(guān)節(jié)柔性提出的更高的要求，目前傳統(tǒng)的關(guān)節(jié)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求。而柔性關(guān)節(jié)理論研究和應(yīng)用的滯后,以及隨著機(jī)器人系統(tǒng)對關(guān)節(jié)更柔性化的需求，急需探索出提高關(guān)節(jié)柔性的方法或開發(fā)出具有較好柔性的新型關(guān)節(jié)，并將其應(yīng)用到工程領(lǐng)域[3-4]。本文的主要工作是在球頭關(guān)節(jié)連接的基礎(chǔ)上，仿照人工置換關(guān)節(jié)中球頭關(guān)節(jié)，研究一種用于仿生機(jī)器人足部、膝部或髖部的新型柔性連接的球頭關(guān)節(jié)。研究該關(guān)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(guān)節(jié)的擺動角度的特點(diǎn)，準(zhǔn)靜態(tài)下的關(guān)節(jié)極限擺角及極限力矩，動態(tài)加載下的關(guān)節(jié)擺動及循環(huán)加載下的關(guān)節(jié)壽命等等。本課題研究的新型柔性連接的球頭關(guān)節(jié)，主要應(yīng)用于類似圖1-3所示的多足仿生機(jī)器人的足部、膝部、髖部等。如圖所示的是BionicANT螞蟻仿生機(jī)器人，該機(jī)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(dāng)該關(guān)節(jié)應(yīng)用于仿生機(jī)器人時，為了保證關(guān)節(jié)的承載性能及靈活性，參考人工置換關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)尺寸，關(guān)節(jié)的擺角需達(dá)到15°，能承受的力矩需達(dá)到500N·mm。因該關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)參考了人工置換關(guān)節(jié)，其加工制造較為方便。目前研究關(guān)節(jié)的基本問題，隨著進(jìn)一步的研究，在基本型的基礎(chǔ)上，還可進(jìn)行帶偏角的關(guān)節(jié)的研究。圖1-3可采用球頭關(guān)節(jié)的機(jī)器螞蟻

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3456611