柔性软驱动机构的驱动特性研究

发布时间：2020-05-31 03:31

【摘要】：随着科技和工程领域的发展,人类对机构的研究从刚性结构延伸到柔性机构。柔性机构最初借鉴于生物的运动,诸如像腿式动物一样在崎岖道路行走,或像毛虫一样在不规则物体上爬行,柔性机构具有简单的结构和强环境适应能力。本文针对一种柔性驱动机构进行分析,该机构由内含滚子的螺母体和软轴组成,该机构的运行方式同滚动丝杠螺母副,采用弹簧和滚子滚动实现从回转运动到轴向运动的转换。由于传动软轴具有柔性,该机构可实现弯曲运行。配有该机构的管道机器人,在弯曲管道行驶过程中,会发生弯曲传动失稳,导致机构运行停顿,电机空转。故本文针对该机构弯曲运行失稳的情况进行分析,具体内容如下:首先,分析复合软轴驱动结构并对尺寸进行设计。复合软轴由弹簧软轴和细长轴组成。对弹簧软轴结构受力分析,得到运行时的压缩和弯曲刚度,再对弯曲过程中的细长轴进行受力分析。之后,对弹簧软轴和细长轴建立力学模型。为增大弹簧软轴的接触面积和提高传动能力,根据弹簧软轴受力形变对尺寸进行设计。为提高传动的稳定性,对加入细长轴的复合软轴进行刚度分析。其次,研究弹簧软轴弯曲状态建模方法。分析不同运行状态的复合软轴,得到不同屈曲特征值的形态。对于小变形状态采用小挠度变形方法求解。由于小挠度形变方法不能求解侧向形变量,对于大变形状态采用分段法,列写微分方程,根据边界条件组合得到整个弯曲模型。针对弯曲公式,采用二阶导数法代替迭代法求解弯曲参数,并对软驱动机构整体仿真,得到其参数之间关系。然后,研究软驱动机构运行和传动效率。由于在螺母体机构上软轴弯曲相比固定端弯曲会发生不同进给,形态会根据之前形态而变化,故通过微段迭代求解在匀速运行的软轴形态变化,完成了软驱动机构运行建模。根据运行过程中的弹簧节距的变化,计算有用功,弹性势能和摩擦能,推导出软轴效率的理论计算公式。最后,进行复合软轴实验平台的实验验证和性能分析。根据软轴弯曲模型,验证弯曲传动的理论和实际差异。对弹簧软轴和复合软轴分别进行实验,验证复合软轴相比弹簧软轴的侧向挠度减小量。对复合软轴驱动的工作效率进行计算,和理论效率的仿真结果进行对比,并通过负载和转速获得其传动性能的结果。
【图文】：

■．十？、Ｉ逡逑罪近。逡逑■瓜＿逡逑图１－１软轴驱动结构的管道机器人逦图１－２软驱动结构内部剖面图逡逑徐剑［１１］借鉴滚珠丝杠的传动原理，为螺母体增加轴承和滚子替代内螺纹，逡逑如图１－２，把滑动摩擦转化为滚动摩擦，提高了传动效率和寿命，并对螺母体内逡逑部滚子受力分析，校验滚子强度。虽然改进机构提高了运行效率，但滚子强度逡逑限制了承载能力，以及弯曲运行情况问题还没有解决，如图１－１中１为弹簧软逡逑轴弯曲度过大情况。逡逑王绘智［１２］在上述基础上，为改善弯曲运行情况，提出为弹簧软轴内部增加逡逑细长轴组成复合软轴。在传动过程中，该复合软轴优点是能改善刚度，提高传逡逑动效率，减小传动导致的打滑。不足的地方是仅分析软轴受力形变，没有具体逡逑分析不同环境下软轴该如何选取才能提高效率。逡逑为解决在不同弯曲环境下弯曲度过大

■．十？、Ｉ逡逑罪近。逡逑■瓜＿逡逑图１－１软轴驱动结构的管道机器人逦图１－２软驱动结构内部剖面图逡逑徐剑［１１］借鉴滚珠丝杠的传动原理，为螺母体增加轴承和滚子替代内螺纹，逡逑如图１－２，把滑动摩擦转化为滚动摩擦，提高了传动效率和寿命，并对螺母体内逡逑部滚子受力分析，校验滚子强度。虽然改进机构提高了运行效率，但滚子强度逡逑限制了承载能力，以及弯曲运行情况问题还没有解决，如图１－１中１为弹簧软逡逑轴弯曲度过大情况。逡逑王绘智［１２］在上述基础上，为改善弯曲运行情况，提出为弹簧软轴内部增加逡逑细长轴组成复合软轴。在传动过程中，，该复合软轴优点是能改善刚度，提高传逡逑动效率，减小传动导致的打滑。不足的地方是仅分析软轴受力形变，没有具体逡逑分析不同环境下软轴该如何选取才能提高效率。逡逑为解决在不同弯曲环境下弯曲度过大
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王冬冬;朱德文;谢虎;赵维松;韩柏和;曹杰;;秸秆打捆机柱塞驱动机构的结构设计与分析[J];农机化研究;2018年03期

2 张宏伟;李智;王延辉;武建国;;水下滑翔器浮力驱动机构布局分析[J];海洋技术;2009年01期

3 苑文瑛;;浅谈摩擦驱动机构[J];航空精密制造技术;1991年05期

4 曹念曾;陆国芳;;用于织机改造的送经和驱动机构[J];棉纺织技术;1987年07期

5 赵明晶;张承嘉;高云国;周瑞岩;;太阳帆板定向驱动机构的研制[J];光学机械;1987年06期

6 游克毅;脉冲棒驱动机构的设计[J];中国核科技报告;1988年00期

7 游克毅;脉冲棒驱动机构的设计[J];中国核科技报告;1989年S3期

8 王三武;刘进;;清扫机器人移动驱动机构的研究[J];机械制造与自动化;2008年05期

9 章海军,黄峰;压电陶瓷冲击驱动机构在微细进给与操作中的应用[J];浙江大学学报(工学版);2000年05期

10 李建辉;李瑞祥;钱志源;;空间太阳电池阵双轴驱动机构设计及热分析[J];空间科学学报;2011年03期

相关会议论文 前10条

1 李建辉;李瑞祥;钱志源;;空间太阳电池阵双轴驱动机构设计及热分析[A];中国空间科学学会第七次学术年会会议手册及文集[C];2009年

2 李安虎;;基于凸轮驱动的高精度扫描驱动机构设计[A];第十六届全国光学测试学术交流会摘要集[C];2016年

3 张伟伟;曾婷;王冬;高瞻;王鑫;全齐全;;绳驱式进尺驱动机构多方案设计与分析[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集（下册）[C];2012年

4 张燕燕;;一种多功能捆扎装置的设计与研究[A];2015年第五届全国地方机械工程学会学术年会暨中国制造2025发展论坛论文集[C];2015年

5 张燕燕;;多功能捆扎装置的研究现状与发展趋势[A];2015年第五届全国地方机械工程学会学术年会暨中国制造2025发展论坛论文集[C];2015年

6 蒋长宏;李靖;张升伟;张云华;;风云三号卫星微波湿度计天线扫描驱动机构设计与应用[A];第二届微波遥感技术研讨会摘要全集[C];2006年

7 刘霆;林英隆;;含腱机构之构造分析及合成[A];第十三届全国机构学学术研讨会论文集[C];2002年

8 李海泉;段柳成;蔡国平;;电机-绳索驱动的柔性太阳能帆板展开动力学[A];2014年可展开空间结构学术会议摘要集[C];2014年

9 庄建楼;何善宝;;基于观测几何的星间链路天线寿命需求分析[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年

10 吴庆全;;皮带给煤机驱动机构改造设计[A];全国火电600MW级机组能效对标及竞赛第十七届年会论文集[C];2013年

相关重要报纸文章 前5条

1 ;封口机输送台的驱动机构[N];中国包装报;2003年

2 记者 张银炎;江锦厂进军总成化部套生产[N];中国船舶报;2006年

3 记者 索阿娣;“尼星1R”2011年升空[N];中国航天报;2009年

4 厦门蒙发利科技(集团)股份有限公司 李新春　中国医药保健品进出口商会 关立忠;按摩器具企业应重视高新技术企业认定[N];中国医药报;2009年

5 ;箭船星器齐开拓 对接中国航天梦[N];中国航天报;2011年

相关博士学位论文 前10条

1 曾平;摩擦力变化式压电惯性驱动机构的研究[D];吉林大学;2006年

2 李敏;滤波驱动机构不确定性补偿的机器人鲁棒滑模控制方法研究[D];重庆大学;2012年

3 于明锐;伺服活塞式控制棒水力驱动机构工作特性研究[D];哈尔滨工程大学;2015年

4 刘超;激光光热驱动技术与微型光热驱动机构研究[D];浙江大学;2010年

5 胡敏娟;穴盘苗自动移栽关键技术的研究[D];南京农业大学;2011年

6 周勇;高速进给驱动系统动态特性分析及其运动控制研究[D];华中科技大学;2008年

7 杨彦东;模块化空间轴/径向伸缩式轮胎成型鼓导引机构分析与设计[D];天津大学;2013年

8 张云志;基于黏滑驱动的典型微纳操作机器人研究[D];华南理工大学;2016年

9 罗绍华;基于RBF网络逼近的机器人自适应动态面控制方法研究[D];重庆大学;2013年

10 孟德彪;基于可靠性的多学科设计优化及其在机构设计中的应用[D];电子科技大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 李翔;柔性软驱动机构的驱动特性研究[D];北京邮电大学;2019年

2 邵青伟;磁致伸缩镜面精密微位移偏转驱动机构设计[D];沈阳工业大学;2018年

3 潘胜利;微型扑翼飞行器设计与测试实验的研究[D];吉林大学;2018年

4 段良坤;三移动两转动振动筛驱动机构设计与研究[D];东北农业大学;2018年

5 周昌球;多自由度昆虫仿生飞行驱动机构设计与实现[D];重庆大学;2018年

6 方晓娟;高精半回转玻璃成型驱动机构的研究[D];华中科技大学;2018年

7 季祖鹏;高速绣机压脚—针杆驱动机构优化设计研究[D];浙江理工大学;2019年

8 黄意贤;航天器太阳翼驱动机构的时变可靠性研究[D];电子科技大学;2018年

9 王绘智;一种新型复合柔性驱动机构的传动特性研究[D];北京邮电大学;2018年

10 陈畅达;一种新型复合柔性驱动机构性能的试验研究[D];北京邮电大学;2018年

本文编号：2689215