柔性人工肌肉驱动的张拉整体机器人及其运动控制研究
发布时间：2021-09-12 14:40
张拉机构是一种由刚性杆件和柔性线索组成的柔性机构,这种刚柔并济的结构形式赋予了张拉机构极高的运动灵活性,在张拉机构中加入驱动器使其实现规定轨迹的可靠运动,即为张拉整体机器人。目前张拉整体机器人的驱动形式可以分为:电机驱动、气动驱动以及形状记忆合金（SMA）驱动,这几种驱动方式都有各自的局限性。聚合物纤维卷绕人工肌肉是一种新型的柔性驱动器,具有迟滞小、寿命长、价格低廉、高功率密度比等优点,在软体机器人领域展现了极高的应用前景。但作为一种新兴的驱动器,人工肌肉的应用范围仍较为局限。将人工肌肉驱动器应用于张拉整体机器人的驱动,既可以使得张拉整体机器人的结构更加简单,整体柔性得到更好的发挥,又可以柔性人工肌肉的应用领域得到扩展。本文首先对张拉整体机器人的运动形式进行分析,提出了人工肌肉与张拉整体机器人结合而产生的蠕动和滚动两种基本运动形式,分别以四杆张拉整体机器人和六杆张拉整体机器人为例,对这两种运动形式进行原理分析。对于蠕动式四杆张拉整体机器人,利用仿生的原理,在机器人杆件底部加入针状足,通过针状足进行钳位和移动,从而实现四杆张拉整体机器人的蠕动。对于六杆张拉整体机器人,分析了机器人的滚动原...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Iogansom 的模型
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-上限制了柔性人工肌肉的发展。而张拉整体机器人是张拉整体结构演变而来，其既具有刚性杆作为整体支撑，又存在柔性索使得其具有一定的柔性，可以使得柔性人工肌肉的应用领域得到扩展。本研究的目的在于将柔型人工肌肉应用于张拉整体机器人，对其运动控制进行研究。1.2张拉整体机器人国内外研究现状及分析张拉整体机器人是由张拉整体结构加入驱动器演变而来的，而张拉整体结构最早在二十世纪四十年代由Fuller提出，在《张拉整体结构介绍》一书中，安东尼·保罗给出了张拉整体结构的定义[13]。图2-1所示是Ioganson的一个雕塑作品，这也可以被认为是最早的张拉整体结构，K.Snelson首先搭建除了张拉整体的实体[14]，如图2-2所示，它是由四根杆件和绳索组成的。这是张拉整体结构的艺术品阶段。图1-1Iogansom的模型图1-2Snelson的模型此后，张拉整体结构经历了建筑结构阶段、生物医学阶段、静力学拓扑阶段以及动力学分析阶段，美国著名工程师D.H.Geiger设计的汉城体操馆，如图1-3所示，其中的穹顶结构属于张拉整体结构。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-3汉城体育馆穹顶前期对张拉整体结构的研究主要是静力学方面，最近几年，越来越多的学者开始对张拉整体结构的动力学特性进行深入的研究，赋予了张拉整体结构运动的技能，故后续张拉整体结构也被称为张拉机构。S.H.Juan和J.M.Tur将其他结构的动力学研究方法应用于张拉整体结构[11]，为之后更加深入的动力学探究打下了基矗与传统机构相比，张拉机构具有高柔性、可变刚度、质量小等一系列的特性[1,2]，正是这些特性使其在柔性机器人领域有优势，而人们也逐渐开始了对张拉整体机器人的研究。2005年，C.paul等首先将张拉整体机构与机器人相结合[15]，设计并制作了三杆张拉整体机器人，如图1-4所示，这种机器人采用索驱动的方式，利用电机带动轮缠绕线索，从而改变机器人中相应索的长度，同时，C.paul还研究了三杆九索以及四杆十二索整体机器人的运动步态。图1-4三杆九索张拉整体机器人[15]
【参考文献】：
期刊论文
[1]可变结构体机器人滚动步态参数优化[J]. 杜汶娟,马书根,李斌,王明辉,平井慎一. 机械工程学报. 2016(17)
[2]张拉整体三棱柱构型和结构稳定性分析[J]. 罗阿妮,王龙昆,刘贺平,王媛媛,李全贺,曹鹏飞. 哈尔滨工业大学学报. 2016(07)
[3]张拉整体结构的多平衡态研究[J]. 蔡建国,冯健. 土木工程学报. 2014(10)
[4]可变结构体机器人形变状态找寻及运动方向预测方法[J]. 杜汶娟,马书根,李斌,王明辉,平井慎一. 科学通报. 2013(S2)
硕士论文
[1]聚合物螺旋卷绕型人工肌肉的驱动特性研究及应用[D]. 李凯.哈尔滨工业大学 2018
[2]球型张拉整体机器人运动性能分析与研究[D]. 辛浩.哈尔滨工程大学 2017
[3]基于四杆张拉整体结构的机器人研究[D]. 袁李.哈尔滨工程大学 2016
[4]张拉整体移动机器人动力学及运动性能分析[D]. 纪红娜.西安电子科技大学 2011
本文编号：3394408
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Iogansom 的模型
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-2-上限制了柔性人工肌肉的发展。而张拉整体机器人是张拉整体结构演变而来，其既具有刚性杆作为整体支撑，又存在柔性索使得其具有一定的柔性，可以使得柔性人工肌肉的应用领域得到扩展。本研究的目的在于将柔型人工肌肉应用于张拉整体机器人，对其运动控制进行研究。1.2张拉整体机器人国内外研究现状及分析张拉整体机器人是由张拉整体结构加入驱动器演变而来的，而张拉整体结构最早在二十世纪四十年代由Fuller提出，在《张拉整体结构介绍》一书中，安东尼·保罗给出了张拉整体结构的定义[13]。图2-1所示是Ioganson的一个雕塑作品，这也可以被认为是最早的张拉整体结构，K.Snelson首先搭建除了张拉整体的实体[14]，如图2-2所示，它是由四根杆件和绳索组成的。这是张拉整体结构的艺术品阶段。图1-1Iogansom的模型图1-2Snelson的模型此后，张拉整体结构经历了建筑结构阶段、生物医学阶段、静力学拓扑阶段以及动力学分析阶段，美国著名工程师D.H.Geiger设计的汉城体操馆，如图1-3所示，其中的穹顶结构属于张拉整体结构。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1-3汉城体育馆穹顶前期对张拉整体结构的研究主要是静力学方面，最近几年，越来越多的学者开始对张拉整体结构的动力学特性进行深入的研究，赋予了张拉整体结构运动的技能，故后续张拉整体结构也被称为张拉机构。S.H.Juan和J.M.Tur将其他结构的动力学研究方法应用于张拉整体结构[11]，为之后更加深入的动力学探究打下了基矗与传统机构相比，张拉机构具有高柔性、可变刚度、质量小等一系列的特性[1,2]，正是这些特性使其在柔性机器人领域有优势，而人们也逐渐开始了对张拉整体机器人的研究。2005年，C.paul等首先将张拉整体机构与机器人相结合[15]，设计并制作了三杆张拉整体机器人，如图1-4所示，这种机器人采用索驱动的方式，利用电机带动轮缠绕线索，从而改变机器人中相应索的长度，同时，C.paul还研究了三杆九索以及四杆十二索整体机器人的运动步态。图1-4三杆九索张拉整体机器人[15]
【参考文献】：
期刊论文
[1]可变结构体机器人滚动步态参数优化[J]. 杜汶娟,马书根,李斌,王明辉,平井慎一. 机械工程学报. 2016(17)
[2]张拉整体三棱柱构型和结构稳定性分析[J]. 罗阿妮,王龙昆,刘贺平,王媛媛,李全贺,曹鹏飞. 哈尔滨工业大学学报. 2016(07)
[3]张拉整体结构的多平衡态研究[J]. 蔡建国,冯健. 土木工程学报. 2014(10)
[4]可变结构体机器人形变状态找寻及运动方向预测方法[J]. 杜汶娟,马书根,李斌,王明辉,平井慎一. 科学通报. 2013(S2)
硕士论文
[1]聚合物螺旋卷绕型人工肌肉的驱动特性研究及应用[D]. 李凯.哈尔滨工业大学 2018
[2]球型张拉整体机器人运动性能分析与研究[D]. 辛浩.哈尔滨工程大学 2017
[3]基于四杆张拉整体结构的机器人研究[D]. 袁李.哈尔滨工程大学 2016
[4]张拉整体移动机器人动力学及运动性能分析[D]. 纪红娜.西安电子科技大学 2011
本文编号：3394408
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