連續(xù)體機械臂應用越來越廣泛,在災后搜救、微型手術等狹窄空間的應用倍受關注。目前人們受象鼻啟發(fā)設計的連續(xù)體機械臂已應用于多個領域,但在一些較復雜的空間具有很多局限性,如無法伸長或伸長量過大影響實際操作等問題。因此本文提出一種以平面折展機構作為基本單元的連續(xù)體機械臂并對其進行工作空間分析。針對平面折展機構工作空間難以確定的問題,基于偽剛體法,將平面折展機構等效成扭簧與剛性桿連接而成的欠驅(qū)動剛性并聯(lián)機構,通過偽剛體思想求解各等效扭簧剛度以及最大扭轉(zhuǎn)角度,并采用有限元軟件分析了此機械臂基本單元偽剛體桿極限應力,驗證了基于偽剛體法求解的極限扭轉(zhuǎn)角度的正確性;建立各支鏈其閉環(huán)矢量約束方程以及應變能模型,提出分析柔性平面折展機構中心動平臺位置問題的一種數(shù)值方法,采用絕對節(jié)點坐標法（ANCF）驗證了此方法的正確性;基于此位置分析方法,采用全局搜索法對平面折展機構工作空間進行求解。設計一種以柔性平面折展機構作為基本單元的連續(xù)體機械臂,基于分段常曲率假設,采用D-H坐標法建立其運動學模型,采用ABAQUS仿真了單關節(jié)在任意位姿下的狀態(tài),驗證了其運動學模型的正確性;結(jié)合平面折展機構等效扭簧極限扭轉(zhuǎn)角度采用全... 

【文章來源】：西安理工大學陜西省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖1-1雙層平面彈簧串聯(lián)組成的連續(xù)體機械臂Fig.1-1Thecontinuummanipulatorcomposedofdouble-layerplanarspringsconnectedinseries

西安理工大學碩士學位論文4員對此類結(jié)構進行優(yōu)化，將其應用到電極植入以及顱內(nèi)檢查等醫(yī)學領域[19,20]。圖1-3同心管式連續(xù)體機械臂Figure1-3Concentrictubecontinuummanipulator另外，還有一種采用局部驅(qū)動的連續(xù)體機械臂深受廣大學者青睞，此類機械臂采用仿生肌肉作為執(zhí)行器，對每段“肌肉”分別采用氣動或其他形式的驅(qū)動方式使其彎曲成特定形狀，從而完成特定動作。例如，德國Festo公司根據(jù)象鼻研制了一種稱為“仿生處理助手”的連續(xù)體機械臂(如圖1-4所示)，此機械臂的關節(jié)均由氣囊組成，對每個氣囊中充氣或吸氣可控制其彎曲[21]。圖1-4德國festo-仿生處理助手（BHA）Figure1-4GermanyFesto-BionicHandlingAssistant(BHA)綜合以上敘述，目前國外關于連續(xù)體機械臂的研究主要集中在以下三種結(jié)構上：a)以彈簧作為骨架采用肌腱驅(qū)動的連續(xù)體機械臂，此類機械臂難以控制，其彈簧骨架壓縮不受控，故一些研究人員用不可壓縮柔性桿代替彈簧骨架，此方法雖被廣泛接納，但喪失了其伸長及壓縮功能。b)基于同心柔性管設計的連續(xù)體機械臂（如圖1-3），管之間可以相對平移或旋轉(zhuǎn)，可使用本身具有一定曲率的彎管實現(xiàn)其彎曲，明顯限制了其工作空間，另外可采用外部肌腱等驅(qū)動使其彎曲，這樣顯然增大了其設計復雜性。c)以仿生肌肉作為執(zhí)行器的連續(xù)體機械臂（如圖1-4），此類機械臂一般采用多段組合式結(jié)構，另外一般采用氣動等方式在肌肉內(nèi)部調(diào)整壓力，使其伸長或彎曲成目標曲率的曲線。這類機械臂相對前兩種在伸長、彎曲等性能上具有明顯優(yōu)勢，然而其產(chǎn)生力的能力較低，管路閥門等設計比較復雜，對調(diào)壓設備等要求較高。

西安理工大學碩士學位論文4員對此類結(jié)構進行優(yōu)化，將其應用到電極植入以及顱內(nèi)檢查等醫(yī)學領域[19,20]。圖1-3同心管式連續(xù)體機械臂Figure1-3Concentrictubecontinuummanipulator另外，還有一種采用局部驅(qū)動的連續(xù)體機械臂深受廣大學者青睞，此類機械臂采用仿生肌肉作為執(zhí)行器，對每段“肌肉”分別采用氣動或其他形式的驅(qū)動方式使其彎曲成特定形狀，從而完成特定動作。例如，德國Festo公司根據(jù)象鼻研制了一種稱為“仿生處理助手”的連續(xù)體機械臂(如圖1-4所示)，此機械臂的關節(jié)均由氣囊組成，對每個氣囊中充氣或吸氣可控制其彎曲[21]。圖1-4德國festo-仿生處理助手（BHA）Figure1-4GermanyFesto-BionicHandlingAssistant(BHA)綜合以上敘述，目前國外關于連續(xù)體機械臂的研究主要集中在以下三種結(jié)構上：a)以彈簧作為骨架采用肌腱驅(qū)動的連續(xù)體機械臂，此類機械臂難以控制，其彈簧骨架壓縮不受控，故一些研究人員用不可壓縮柔性桿代替彈簧骨架，此方法雖被廣泛接納，但喪失了其伸長及壓縮功能。b)基于同心柔性管設計的連續(xù)體機械臂（如圖1-3），管之間可以相對平移或旋轉(zhuǎn)，可使用本身具有一定曲率的彎管實現(xiàn)其彎曲，明顯限制了其工作空間，另外可采用外部肌腱等驅(qū)動使其彎曲，這樣顯然增大了其設計復雜性。c)以仿生肌肉作為執(zhí)行器的連續(xù)體機械臂（如圖1-4），此類機械臂一般采用多段組合式結(jié)構，另外一般采用氣動等方式在肌肉內(nèi)部調(diào)整壓力，使其伸長或彎曲成目標曲率的曲線。這類機械臂相對前兩種在伸長、彎曲等性能上具有明顯優(yōu)勢，然而其產(chǎn)生力的能力較低，管路閥門等設計比較復雜，對調(diào)壓設備等要求較高。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]氣動柔性象鼻型連續(xù)機器人研究[D]. 邵鐵鋒.浙江工業(yè)大學 2014



本文編號：3550016