两种新型柔性铰链的设计、制作与实验研究

发布时间：2017-08-19 02:25

  本文关键词：两种新型柔性铰链的设计、制作与实验研究

  更多相关文章： 柔性铰链 轴漂 大变形 并联机器人 刚性铰链

【摘要】：随着现代机械逐渐向高速、高精度方向发展,传统刚性铰链的间隙带来的冲击、摩擦、润滑等问题越来越突出。为了提高机器的稳定性、精度和寿命,无间隙、无磨损的柔性铰链和柔顺机构越来越多地被运用到微操作机器人、精密光学仪器、航空航天器以及工业设备等场合。现有的柔性铰链大多是针对微操作机构小变形、高精度的需求设计研发的。将柔性铰链更好地应用到大尺度、大行程的机械装备上,提高机器的性能和寿命具有重要的理论和现实意义,本文针对此问题进行了研究。首先,结合离轴刚度、轴漂、运动精度等指标,并根据对称设计思想进行了新型柔性铰链的方案设计。利用Solidworks、ANSYS和Adams等建模仿真软件进行柔性铰链的建模和运动仿真。通过对比仿真结果,提出了性能优异的Y型和X型柔性铰链方案。随后,进行了X型和Y型柔性铰链的选材、制作和测量。解决了柔性铰链的加工工艺问题,提高了柔性铰链的加工安装精度。进行了柔性铰链的轴漂测量,并对实验数据进行了分析。结果表明:Y型柔性铰链和X型柔性铰链的回转角均大于45度,并且X型柔性铰链的运动精度、离轴刚度、稳定性均优于Y型柔性铰链。最后,用柔性铰链替换平面三自由度并联机器人上的刚性铰链,分别进行了单片簧柔性铰链、Y型柔性铰链和X型柔性铰链并联机器人的轨迹跟踪实验。通过与刚性铰链并联机器人对比,实验结果表明:三种柔性铰链均能很好地替换刚性铰链,有效地减缓机器人受到的冲击,提高机器人的运动精度;单片簧柔性铰链存在离轴刚度小、振动大等缺点;Y型柔性铰链机器人的运动轨迹误差比单片簧型柔性铰链小,但离轴刚度较低,机器人振动依然较大;X型柔性铰链机器人的运动轨迹误差比刚性铰链、单片簧柔性铰链和Y型柔性铰链机器人的都小,而且比Y型的离轴刚度更高;X型柔性铰链能够很好地替换机器人的刚性铰链,有效地减缓机器人受到的冲击,并大大提高机器人的运动精度。
【关键词】：柔性铰链 轴漂 大变形 并联机器人 刚性铰链
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112;TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 研究背景与意义9
• 1.2 国内外研究现状9-17
• 1.2.1 柔顺机构9-10
• 1.2.2 柔性铰链10-14
• 1.2.3 含柔性铰链的并联机器人14-15
• 1.2.4 柔性铰链的设计与分析15-17
• 1.3 本文研究内容17-19
• 1.3.1 研究目的17-18
• 1.3.2 主要内容18-19
• 第2章 柔性铰链设计19-47
• 2.1 引言19
• 2.2 方案设计19-36
• 2.3 Y型柔性铰链36-41
• 2.3.1 回转中心36-39
• 2.3.2 安装方式及行程39-41
• 2.4 X型柔性铰链41-45
• 2.5 本章小节45-47
• 第3章 柔性铰链的制作与测试47-57
• 3.1 引言47
• 3.2 Y型柔性铰链制作47-48
• 3.3 X型柔性铰链制作48-50
• 3.4 Y型柔性铰链轴漂测量50-52
• 3.5 X型柔性铰链轴漂测量52-54
• 3.6 结果分析54-55
• 3.7 本章小节55-57
• 第4章 实验研究57-77
• 4.1 引言57
• 4.2 机器人系统57-61
• 4.2.1 硬件组成57-59
• 4.2.2 控制系统59-60
• 4.2.3 数据采集系统60-61
• 4.3 实验操作61-65
• 4.3.1 控制系统操作61-62
• 4.3.2 光学坐标测量系统操作62-63
• 4.3.3 轨迹跟踪实验63-65
• 4.4 结果分析65-75
• 4.4.1 刚性铰链机器人的轨迹跟踪65-67
• 4.4.2 单片簧柔性铰链机器人的轨迹跟踪67-69
• 4.4.3 Y型柔性铰链机器人的轨迹跟踪69-71
• 4.4.4 X型柔性铰链机器人的轨迹跟踪71-73
• 4.4.5 对比分析73-75
• 4.5 本章小节75-77
• 总结77-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间所取得的成果83-85
• 致谢85

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本文编号：698151