一种变刚度关节致动器的设计与控制研究

发布时间：2021-06-24 19:46

　　机器人在非结构环境下作业会不可避免地与人或其它事物进行力的接触与碰撞,纯粹的刚性关节驱动存在一定的安全隐患,变刚度柔顺驱动可有效降低人机交互碰撞损伤,不仅在康复医疗领域可以提供更加舒适的状态,还能在仿生领域有效利用变刚度关节致动器柔性元件的储能特性发挥更高的优势。变刚度关节致动器不仅能像传统刚性驱动器一样满足位置需求也能调整系统的输出刚度,在环境适应性方面比传统刚性驱动优势显著。本文针对目前现有的变刚度致动器的调刚范围有限、响应速度较慢、刚调耗能严重以及结构尺寸笨重等不足,提出一种基于类椭圆机构式变片簧有效臂长的变刚度关节致动器并展开了以下研究:首先,根据具体应用情况明确设计指标,确定变片簧有效作用臂长方案进行转动轴线与力作用点的布置,提出多种布置方案,综合调刚范围,力求结构紧凑,选定最有效的变刚度方案,将片簧简化为悬臂梁并建立起力学模型,在小变形条件下进行近似变刚度特性分析,根据技术目标进行柔性元件尺寸优化,以实现更高的设计精度,基于椭圆积分法进行变刚度力学模型大变形分析。其次,根据柔性元件尺寸参数建立三维模型进行整体结构设计和模块化设计,主要包括刚度调整机构、主传动机构和刚度传动机... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

机器人发展趋势

图 1-15 课题研究流程图论。简要介绍变刚度致动器以及其实现形式，综合国案的优劣情况，为接下来变刚度的研究奠定了扎实的基根据现有方案的不足确定变刚度的设计指标，提出片，针对几种输出轴和力作用点的布置形式，选取最有效进行力学模型的分析，而且有效利用椭圆积分法处理大刚度特性分析以及相应的尺度参数优化，为下文结构设满足调刚范围广、响应快以及能耗量小的前提下，根动器的结构设计，提出了类椭圆机构滚子滑块式刚度调要包括刚度调整机构、主传动机构和刚度传动机构；部件的选型，还对容易受载变形的关键部件进行了有限关节经常受到冲击，对柔性力矩输出端在时变载荷下

- 42 -c) 径向变形云图 d) 轴向变形云图图 3-11 输出盘瞬态动力学分析结果图3.5 本章小结根据所提出的设计指标，并在满足调刚范围广、响应快以及能耗量小的的设计原则上，进行变刚度关节致动器的整体结构设计，依据定截面形状变簧片有效臂长，一

【参考文献】：
期刊论文
[1]下一代机器人或将“与人共融” 中国如何抓机遇[J]. 付丽丽.  智能机器人. 2018(02)
[2]仿生变刚度关节设计与试验[J]. 王颜,房立金,周生啟.  农业机械学报. 2018(01)
[3]一种新型变刚度关节结构设计[J]. 房立金,周生啟,王颜.  东北大学学报(自然科学版). 2017(12)
[4]可调刚度致动器结构研究综述[J]. 毕树生,刘畅,周晓东,于靖军.  机械工程学报. 2018(13)
[5]仿生灵感下的弹性驱动器的研究综述[J]. 魏敦文,葛文杰,高涛.  机器人. 2017(04)
[6]基于折叠式串联簧片的可调刚度致动器设计[J]. 刘畅,毕树生,赵宏哲,周晓东.  机械工程学报. 2017(17)
[7]《中国制造2025》机器人领域技术路线图[J].   机器人产业. 2015(05)
[8]柔性齿条式变刚度关节驱动器设计与研究[J]. 王伟,刘立冬,魏来,刘斐,贠超.  机械工程学报. 2016(01)
[9]基于解耦线性化的变刚度关节动态刚度辨识[J]. 尹鹏,李满天,查富生,王鹏飞,孙立宁.  机器人. 2015(05)
[10]机械式仿骨骼肌变刚度机构原理及设计[J]. 王颜,房立金.  机器人. 2015(04)

博士论文
[1]单足弹跳机器人可变刚度柔性回转髋关节及其特性研究[D]. 尹鹏.哈尔滨工业大学 2015

硕士论文
[1]一种新型的可变刚度柔性关节设计与控制研究[D]. 蔡若凡.哈尔滨工业大学 2017
[2]被动柔性变刚度关节驱动系统研究[D]. 董事.中国矿业大学 2017
[3]一种新型变刚度关节的设计及其控制研究[D]. 杨德财.哈尔滨工业大学 2016
[4]悬臂梁平面大变形的椭圆函数解[D]. 裴晓辉.西安电子科技大学 2014
[5]足式机器人可变刚度柔性关节的研究[D]. 张海涛.哈尔滨工业大学 2013



本文编号：3247720