基于张力网络的冗余并联机构研制与实验研究

发布时间：2023-03-28 20:49

　　并联机构自提出以来已经应用在许多场合,然而在实际应用当中由于自身的奇异、关节误差等因素使其应用受到限制,并且在某些场合并不需要六个自由度,因此冗余并联机构和少自由度并联机构越来越受到重视,本文针对一个由气动人工肌肉驱动并带弹性元件支撑的冗余并联机构进行改进,基于张力网络设计了一个新型的冗余并联机构结构,该机构可以对三个平移自由度进行约束而仅具有三个转动自由度,与原来的结构相比,在旋转运动过程中不会受到弹性支撑元件非线性弯矩的影响,除此之外,其可以作为一个关节拓展到串并联的结构形式。本文首先针对文献中某个冗余并联机构的不足提出引入张力网络的改进方案,在将钢丝绳作为等长约束的前提下,分析了张力网络运动与网络中两个分度圆相对大小和相对高度的关系,得出了在钢丝绳刚度较大时整个机构可以等效为定点转动的结论,在此基础上以单自由度的运动范围为指标基于张力网络设计了一个由八根气动人工肌肉驱动的冗余并联机构,并完成了结构设计。由于结构的限制不便安装位移传感器对气动人工肌肉的位置进行控制,因此提出采用查表插值和角度传感器两种姿态控制方案。在气动人工肌肉方面,设计了其静态特性测试的实验台,在完成等压和等长实...

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题来源及背景和意义
    1.2 冗余驱动并联机构研究现状
        1.2.1 并联机构概述
        1.2.2 冗余驱动并联机构
    1.3 气动人工肌肉研究现状
        1.3.1 气动人工肌肉概述
        1.3.2 气动人工肌肉模型和控制研究现状
    1.4 张拉网络结构研究现状
    1.5 课题的主要研究内容
第2章 冗余并联机构的设计
    2.1 引言
    2.2 基于张力网络的方案设计
        2.2.1 张力网络方案的提出
        2.2.2 张力网络的旋转中心
    2.3 冗余并联机构设计
        2.3.1 影响张力网络关节运动范围的因素
        2.3.2 冗余并联机构的运动学与静力学分析
        2.3.3 冗余并联机构结构参数的确定
    2.4 冗余并联机构结构设计与气动回路
    2.5 冗余并联机构的姿态控制方案
    2.6 本章小结
第3章 气动人工肌肉的数学模型与位置控制
    3.1 引言
    3.2 气动人工肌肉的工作原理和组成
    3.3 气动人工肌肉的数学模型
    3.4 气动人工肌肉的静态特性实验
        3.4.1 气动人工肌肉测试实验台的设计
        3.4.2 气动人工肌肉的等压实验
        3.4.3 气动人工肌肉的等长实验
    3.5 单根气动人工肌肉的位置控制
        3.5.1 气动人工肌肉工作特性表格
        3.5.2 气动人工肌肉的位置控制实验
    3.6 本章小结
第4章 冗余并联机构等效转动中心的验证
    4.1 引言
    4.2 等效转动中心的验证方案
    4.3 单目视觉测量位姿原理
        4.3.1 摄像机的理想模型
        4.3.2 摄像机的标定
        4.3.3 正交迭代算法
    4.4 人工标靶的设计与图像处理
        4.4.1 人工标靶的设计
        4.4.2 图像预处理
    4.5 等效中心验证实验
    4.6 本章小结
第5章 冗余并联机构基本特性实验
    5.1 引言
    5.2 实验系统数据采集模块的设计与搭建
    5.3 冗余并联机构位姿控制策略的比较
    5.4 冗余并联机构位姿闭环实验
        5.4.1 冗余并联机构阶跃响应实验
        5.4.2 冗余并联机构正弦跟踪实验
    5.5 冗余并联机构的变刚度实验
    5.6 串并联结构搭建
    5.7 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3773260