基于气动肌肉驱动的充气型机械臂设计及控制技术的研究
发布时间：2022-01-11 17:50
在中国信息通信研究院发布的《发达国家机器人发展战略及重点方向》文章中提到,工业机器人发展至今,技术已趋渐成熟,各国加强了应用于特殊环境的特种机器人相关研制。充气型机械臂作为一种采用非电机驱动的特种机器人,凭借其可折叠性、轻便型以及良好的人机协作能力,在环境勘察、检测方面有着不可忽略的作用。本文将采用人工气动肌肉作为充气型机械臂的驱动源,通过对其结构设计以及控制策略方面的研究,建立了一个二自由度的单关节气动机械臂。通过实验检测其相关参数,为具备多关节较长充气型机械臂的研究奠定技术基础。完成了充气型机械臂的充气臂杆本体结构设计,建立关节旋转模型,并完成充气型机械臂本体制作及人工气动肌肉选型。针对臂杆充放气过程,采用有限元分析的方式进行模拟,利用ABAQUS软件进行仿真分析,并与实际实验过程相比较,使仿真模型接近实际充气型机械臂的充放气过程。针对充气材料在受拉力状态下存在形变的难点问题,对充气臂杆仿真分析之后从结构上进行优化,减小在人工气动肌肉收缩时充气臂杆产生的非线性变形。针对人工气动肌肉非线性与迟滞性的特性,将采用理论模型与实验模型相结合的方式进行研究。一方面根据Chou和Tondu教授...
【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】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Gicometti充气臂
图 1-6 CMU 充气型机械臂臂给出一个可充气的联合角度估计，在图描述电机轴角和充气关节角之间的简只提供臂杆所需拉力，不能支撑收缩载会导致充气关节发生非期望形变，针对同时在两个关节连接处设置飞思卡尔压关节角度，通过三次多项式拟合后得到压力测量估算方式可以将充气臂的分辨还给出了一个末端执行器的接触方案，接触能力，具体方式为比较透射图和压如下： 2 22 21=0，if，if T PthT Pth发生了接触， = 时表示没有接触，程如图 1-7 所示，该检测方案能够成功
00.40.21 2 3 4 5Time(s)Contact图 1-7 CMU 充气臂外部接触检测法国原子能协会（Atomic EnergyCommission, CEA）设计了一款用于铰链远程机器人手臂的新型充气式执行器[12]，是利用腱绳拉动布置在臂杆气球上的滑轮关节转动，结构如图 1-8(a)所示，该充气机械臂长为 3m，重量为 500g。此外，原子能协会还利用安装在臂杆褶皱中的止动销约束关节中间弧线的长度，利用腱动关节旋转，止动销的利用大大增加了机械臂的整体重量。利用腱绳传动的最大就是当臂杆拓展到一定长度之后，由于腱驱动的摩擦力，拉力很难传递到顶端臂然，在人类难以达到的侦查探测环境中，使用腱绳驱动不能较好的控制机械臂CEA 近期也研制了一种放置于臂杆内部的拮抗式气囊驱动器，该驱动器也是通囊伸缩拉动绳索驱动关节进行拉动，如图 1-8 所示。该结构解决了利用腱绳远距动摩擦较大的问题，但缺点是检修困难，机械臂驱动一旦出现故障，只能破坏臂出驱动器进行修复。该充气臂可以进入人类难以进入的地方，穿过狭窄的孔口，危险的环境中能够躲避关键障碍。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型无孔透湿TPU薄膜的制备及其服用性能研究[J]. 汪胜,孙俭,刘德尧,李敏超. 化工新型材料. 2019(01)
[2]航天器结构材料的应用现状与未来展望[J]. 王惠芬,杨碧琦,刘刚. 材料导报. 2018(S1)
[3]TPU在三大领域取代PVC的可能性[J]. 聚氨酯. 2015 (04)
[4]库卡推出首款轻型人机协作机器人LBR iiwa[J]. 欣迪. 汽车与配件. 2014(45)
博士论文
[1]气动肌肉驱动的仿青蛙跳跃机器人及其关键技术的研究[D]. 仲军.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]随钻钻压、扭矩工程参数测量方案研究[D]. 赵亮.中国石油大学（北京） 2017
[2]基于气动肌肉的双向力反馈数据手套的研究[D]. 缪小冬.南京理工大学 2009
本文编号：3583198
【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】：86 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Gicometti充气臂
图 1-6 CMU 充气型机械臂臂给出一个可充气的联合角度估计，在图描述电机轴角和充气关节角之间的简只提供臂杆所需拉力，不能支撑收缩载会导致充气关节发生非期望形变，针对同时在两个关节连接处设置飞思卡尔压关节角度，通过三次多项式拟合后得到压力测量估算方式可以将充气臂的分辨还给出了一个末端执行器的接触方案，接触能力，具体方式为比较透射图和压如下： 2 22 21=0，if，if T PthT Pth发生了接触， = 时表示没有接触，程如图 1-7 所示，该检测方案能够成功
00.40.21 2 3 4 5Time(s)Contact图 1-7 CMU 充气臂外部接触检测法国原子能协会（Atomic EnergyCommission, CEA）设计了一款用于铰链远程机器人手臂的新型充气式执行器[12]，是利用腱绳拉动布置在臂杆气球上的滑轮关节转动，结构如图 1-8(a)所示，该充气机械臂长为 3m，重量为 500g。此外，原子能协会还利用安装在臂杆褶皱中的止动销约束关节中间弧线的长度，利用腱动关节旋转，止动销的利用大大增加了机械臂的整体重量。利用腱绳传动的最大就是当臂杆拓展到一定长度之后，由于腱驱动的摩擦力，拉力很难传递到顶端臂然，在人类难以达到的侦查探测环境中，使用腱绳驱动不能较好的控制机械臂CEA 近期也研制了一种放置于臂杆内部的拮抗式气囊驱动器，该驱动器也是通囊伸缩拉动绳索驱动关节进行拉动，如图 1-8 所示。该结构解决了利用腱绳远距动摩擦较大的问题，但缺点是检修困难，机械臂驱动一旦出现故障，只能破坏臂出驱动器进行修复。该充气臂可以进入人类难以进入的地方，穿过狭窄的孔口，危险的环境中能够躲避关键障碍。
【参考文献】：
期刊论文
[1]新型无孔透湿TPU薄膜的制备及其服用性能研究[J]. 汪胜,孙俭,刘德尧,李敏超. 化工新型材料. 2019(01)
[2]航天器结构材料的应用现状与未来展望[J]. 王惠芬,杨碧琦,刘刚. 材料导报. 2018(S1)
[3]TPU在三大领域取代PVC的可能性[J]. 聚氨酯. 2015 (04)
[4]库卡推出首款轻型人机协作机器人LBR iiwa[J]. 欣迪. 汽车与配件. 2014(45)
博士论文
[1]气动肌肉驱动的仿青蛙跳跃机器人及其关键技术的研究[D]. 仲军.哈尔滨工业大学 2016
硕士论文
[1]随钻钻压、扭矩工程参数测量方案研究[D]. 赵亮.中国石油大学（北京） 2017
[2]基于气动肌肉的双向力反馈数据手套的研究[D]. 缪小冬.南京理工大学 2009
本文编号：3583198
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