一種含平面折展機(jī)構(gòu)的機(jī)械臂工作空間分析
發(fā)布時(shí)間:2021-12-24 06:53
連續(xù)體機(jī)械臂應(yīng)用越來越廣泛,在災(zāi)后搜救、微型手術(shù)等狹窄空間的應(yīng)用倍受關(guān)注。目前人們受象鼻啟發(fā)設(shè)計(jì)的連續(xù)體機(jī)械臂已應(yīng)用于多個領(lǐng)域,但在一些較復(fù)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(shí)際操作等問題。因此本文提出一種以平面折展機(jī)構(gòu)作為基本單元的連續(xù)體機(jī)械臂并對其進(jìn)行工作空間分析。針對平面折展機(jī)構(gòu)工作空間難以確定的問題,基于偽剛體法,將平面折展機(jī)構(gòu)等效成扭簧與剛性桿連接而成的欠驅(qū)動剛性并聯(lián)機(jī)構(gòu),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(jī)械臂基本單元偽剛體桿極限應(yīng)力,驗(yàn)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(yīng)變能模型,提出分析柔性平面折展機(jī)構(gòu)中心動平臺位置問題的一種數(shù)值方法,采用絕對節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)法(ANCF)驗(yàn)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(jī)構(gòu)工作空間進(jìn)行求解。設(shè)計(jì)一種以柔性平面折展機(jī)構(gòu)作為基本單元的連續(xù)體機(jī)械臂,基于分段常曲率假設(shè),采用D-H坐標(biāo)法建立其運(yùn)動學(xué)模型,采用ABAQUS仿真了單關(guān)節(jié)在任意位姿下的狀態(tài),驗(yàn)證了其運(yùn)動學(xué)模型的正確性;結(jié)合平面折展機(jī)構(gòu)等效扭簧極限扭轉(zhuǎn)角度采用全...
【文章來源】:西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】:72 頁
【學(xué)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(jī)械臂Fig.1-1Thecontinuummanipulatorcomposedofdouble-layerplanarspringsconnectedinseries
西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4員對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,將其應(yīng)用到電極植入以及顱內(nèi)檢查等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[19,20]。圖1-3同心管式連續(xù)體機(jī)械臂Figure1-3Concentrictubecontinuummanipulator另外,還有一種采用局部驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)械臂深受廣大學(xué)者青睞,此類機(jī)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(jī)械臂(如圖1-4所示),此機(jī)械臂的關(guān)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(guān)于連續(xù)體機(jī)械臂的研究主要集中在以下三種結(jié)構(gòu)上:a)以彈簧作為骨架采用肌腱驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)械臂,此類機(jī)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(shè)計(jì)的連續(xù)體機(jī)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(shí)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(shè)計(jì)復(fù)雜性。c)以仿生肌肉作為執(zhí)行器的連續(xù)體機(jī)械臂(如圖1-4),此類機(jī)械臂一般采用多段組合式結(jié)構(gòu),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(biāo)曲率的曲線。這類機(jī)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(shè)計(jì)比較復(fù)雜,對調(diào)壓設(shè)備等要求較高。
西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4員對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,將其應(yīng)用到電極植入以及顱內(nèi)檢查等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[19,20]。圖1-3同心管式連續(xù)體機(jī)械臂Figure1-3Concentrictubecontinuummanipulator另外,還有一種采用局部驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)械臂深受廣大學(xué)者青睞,此類機(jī)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(jī)械臂(如圖1-4所示),此機(jī)械臂的關(guān)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(guān)于連續(xù)體機(jī)械臂的研究主要集中在以下三種結(jié)構(gòu)上:a)以彈簧作為骨架采用肌腱驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)械臂,此類機(jī)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(shè)計(jì)的連續(xù)體機(jī)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(shí)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(shè)計(jì)復(fù)雜性。c)以仿生肌肉作為執(zhí)行器的連續(xù)體機(jī)械臂(如圖1-4),此類機(jī)械臂一般采用多段組合式結(jié)構(gòu),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(biāo)曲率的曲線。這類機(jī)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(shè)計(jì)比較復(fù)雜,對調(diào)壓設(shè)備等要求較高。
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間方法的分析應(yīng)用[J]. 劉小娟,劉輝燏睿. 內(nèi)燃機(jī)與配件. 2019(19)
[2]具有提升功能的新型柔性鉸鏈設(shè)計(jì)[J]. 邱麗芳,陳明坤,冷迎春,王晶琳. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(08)
[3]雙層LEMs提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J]. 邱麗芳,冷迎春,吳友煒. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(04)
[4]多桿連續(xù)體機(jī)構(gòu):構(gòu)型與應(yīng)用[J]. 徐凱,劉歡. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(13)
[5]軟體機(jī)器人前沿技術(shù)及應(yīng)用熱點(diǎn)[J]. 侯濤剛,王田苗,蘇浩鴻,常帥,陳令坤,郝雨飛,文力. 科技導(dǎo)報(bào). 2017(18)
[6]平面折展機(jī)構(gòu)平面彈簧的設(shè)計(jì)與分析[J]. 劉凱,曹毅,丁銳. 中國機(jī)械工程. 2016(19)
[7]柔性氣動連續(xù)體機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動學(xué)分析[J]. 趙志剛,陳志剛. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2015(02)
[8]基于粒子群優(yōu)化方法的同心管連續(xù)型機(jī)器人運(yùn)動學(xué)算法[J]. 謝紅,王濤,沈越鋒,汪旭紅,何斌,程黎明. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2015(01)
[9]LET柔性鉸鏈的等效剛度分析及其參數(shù)優(yōu)化[J]. 邱麗芳,韋志鴻,俞必強(qiáng),王林浩. 工程力學(xué). 2014(01)
[10]基于旋量法的連續(xù)體搜救機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析[J]. 張小俊,孫凌宇,張明路,張玉娟. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(12)
博士論文
[1]氣動柔性象鼻型連續(xù)機(jī)器人研究[D]. 邵鐵鋒.浙江工業(yè)大學(xué) 2014
本文編號:3550016
【文章來源】:西安理工大學(xué)陜西省
【文章頁數(shù)】:72 頁
【學(xué)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(jī)械臂Fig.1-1Thecontinuummanipulatorcomposedofdouble-layerplanarspringsconnectedinseries
西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4員對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,將其應(yīng)用到電極植入以及顱內(nèi)檢查等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[19,20]。圖1-3同心管式連續(xù)體機(jī)械臂Figure1-3Concentrictubecontinuummanipulator另外,還有一種采用局部驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)械臂深受廣大學(xué)者青睞,此類機(jī)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(jī)械臂(如圖1-4所示),此機(jī)械臂的關(guān)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(guān)于連續(xù)體機(jī)械臂的研究主要集中在以下三種結(jié)構(gòu)上:a)以彈簧作為骨架采用肌腱驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)械臂,此類機(jī)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(shè)計(jì)的連續(xù)體機(jī)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(shí)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(shè)計(jì)復(fù)雜性。c)以仿生肌肉作為執(zhí)行器的連續(xù)體機(jī)械臂(如圖1-4),此類機(jī)械臂一般采用多段組合式結(jié)構(gòu),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(biāo)曲率的曲線。這類機(jī)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(shè)計(jì)比較復(fù)雜,對調(diào)壓設(shè)備等要求較高。
西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文4員對此類結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,將其應(yīng)用到電極植入以及顱內(nèi)檢查等醫(yī)學(xué)領(lǐng)域[19,20]。圖1-3同心管式連續(xù)體機(jī)械臂Figure1-3Concentrictubecontinuummanipulator另外,還有一種采用局部驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)械臂深受廣大學(xué)者青睞,此類機(jī)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(jī)械臂(如圖1-4所示),此機(jī)械臂的關(guān)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(guān)于連續(xù)體機(jī)械臂的研究主要集中在以下三種結(jié)構(gòu)上:a)以彈簧作為骨架采用肌腱驅(qū)動的連續(xù)體機(jī)械臂,此類機(jī)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(shè)計(jì)的連續(xù)體機(jī)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(shí)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(shè)計(jì)復(fù)雜性。c)以仿生肌肉作為執(zhí)行器的連續(xù)體機(jī)械臂(如圖1-4),此類機(jī)械臂一般采用多段組合式結(jié)構(gòu),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(biāo)曲率的曲線。這類機(jī)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(shè)計(jì)比較復(fù)雜,對調(diào)壓設(shè)備等要求較高。
【參考文獻(xiàn)】:
期刊論文
[1]并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間方法的分析應(yīng)用[J]. 劉小娟,劉輝燏睿. 內(nèi)燃機(jī)與配件. 2019(19)
[2]具有提升功能的新型柔性鉸鏈設(shè)計(jì)[J]. 邱麗芳,陳明坤,冷迎春,王晶琳. 哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào). 2018(08)
[3]雙層LEMs提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J]. 邱麗芳,冷迎春,吳友煒. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(04)
[4]多桿連續(xù)體機(jī)構(gòu):構(gòu)型與應(yīng)用[J]. 徐凱,劉歡. 機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2018(13)
[5]軟體機(jī)器人前沿技術(shù)及應(yīng)用熱點(diǎn)[J]. 侯濤剛,王田苗,蘇浩鴻,常帥,陳令坤,郝雨飛,文力. 科技導(dǎo)報(bào). 2017(18)
[6]平面折展機(jī)構(gòu)平面彈簧的設(shè)計(jì)與分析[J]. 劉凱,曹毅,丁銳. 中國機(jī)械工程. 2016(19)
[7]柔性氣動連續(xù)體機(jī)器人關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與運(yùn)動學(xué)分析[J]. 趙志剛,陳志剛. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2015(02)
[8]基于粒子群優(yōu)化方法的同心管連續(xù)型機(jī)器人運(yùn)動學(xué)算法[J]. 謝紅,王濤,沈越鋒,汪旭紅,何斌,程黎明. 機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2015(01)
[9]LET柔性鉸鏈的等效剛度分析及其參數(shù)優(yōu)化[J]. 邱麗芳,韋志鴻,俞必強(qiáng),王林浩. 工程力學(xué). 2014(01)
[10]基于旋量法的連續(xù)體搜救機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析[J]. 張小俊,孫凌宇,張明路,張玉娟. 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2013(12)
博士論文
[1]氣動柔性象鼻型連續(xù)機(jī)器人研究[D]. 邵鐵鋒.浙江工業(yè)大學(xué) 2014
本文編號:3550016
本文鏈接:http://sikaile.net/shoufeilunwen/xixikjs/3550016.html
最近更新
教材專著