基于光纤光栅的柔性体应变传递及形状重构研究
发布时间：2021-04-28 21:40
随着传统的刚性机械臂在社会的广泛应用,工厂对于机械臂的各项要求也逐渐提高,其中包括人机环境的交互性,机械臂装置安全性及灵敏性等。柔性机械臂应运而生,它本身独特的复杂环境适应性及多样的控制方法使得越来越多的学者投入研究。但是,对于柔性机械臂的运动控制方式,目前大多都是开环控制系统,效果并不令人满意。所以,开展柔性机械臂的形状监测,完成其运动姿态信息的实时反馈,对于柔性机器人的进一步发展具有深远的意义。本文基于光纤光栅（FBG）应变检测技术,提出了一种新型的圆锥形柔性机械臂形状重构技术,可以实时的感知并反馈柔性机械臂的运动位置,形状变化等参数,为柔性机械臂的闭环控制提供理论基础,使其可以得到更加精准的控制,适应更加复杂的环境。本文的主要研究内容如下:（1）通过传感器进行应变测量时,测量应变和实际应变会产生偏差。这是因为应变在传递过程中会产生损耗,本文提出一种基体-涂覆层-光纤的三层应变传递结构模型,推导了光纤与柔性体之间的应变传递理论公式并加以验证。（2）逐一分析了影响应变传递的因素,总结出了实际应用时具体的光纤封装工艺及其参数,同时通过ANSYS建立三维模型并对其进行仿真分析,验证了传递...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 柔性机械臂的国内外研究现状
1.3 光纤布拉格光栅传感技术国内外研究现状
1.4 光纤布拉格光栅应变传递机理的国内外研究现状
1.5 本文主要研究内容与结构安排
1.5.1 本文主要研究内容
1.5.2 本文结构安排
第2章 光纤布拉格光栅应变传递机理研究
2.1 光纤光栅传感的基本原理
2.2 光纤布拉格光栅应变传递的结构模型和理论基础
2.3 应变传递各影响因素分析
2.4 小结
第3章 FBG应变传递有限元仿真分析
3.1 有限元仿真结构建模
3.1.1 三维模型的建立
3.1.2 网格划分
3.1.3 边界条件
3.1.4 载荷加载
3.2 有限元分析对传递理论的对比验证
3.3 结构参数对平均应变传递率影响的仿真分析与理论对比
3.3.1 粘贴长度仿真分析及理论对比
3.3.2 粘贴宽度仿真分析及理论对比
3.3.3 粘贴剂剪切模量仿真分析及理论对比
3.4 小结
第4章 基于光纤光栅的圆锥形柔体形状重构传感网络设计
4.1 柔性体运动学建模及形状重构
4.1.1 分段常曲率理论模型
4.1.2 单节模型建立
4.1.3 圆锥柔体多段连接组合模型
4.1.4 柔性体形状重构节点插值
4.2 柔性体形变感知网络设计
4.2.1 扩大光纤光栅检测范围的方法
4.2.2 螺旋式光纤光栅传感网络布局
4.3 有限元仿真验证
4.4 小结
第5章 柔性体形状重构实验及误差分析
5.1 实验平台搭建
5.1.1 光纤光栅解调仪参数
5.1.2 光纤光栅传感器选择与实验平台搭建
5.2 形变实验与应变传递修正
5.3 柔性体形状重构及误差分析
5.3.1 实验结果分析
5.3.2 误差分析
5.4 小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔体大变形参数的光纤光栅集成检测方法[J]. 吕宇翔,任旭,路长厚,李学勇,马晓源,谷雨橦. 仪表技术与传感器. 2020(02)
[2]FBG细径形状传感器的应变传递和精度实验[J]. 章亚男,范迪,沈林勇,吴仲台,钱晋武. 光学精密工程. 2019(07)
[3]柔性可穿戴的腕关节运动角度传感器[J]. 李敏,何博,徐光华,陈佳洲,郭文亮,郑翔,张鑫. 西安交通大学学报. 2018(12)
[4]纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展[J]. 夏凯伦,蹇木强,张莹莹. 物理化学学报. 2016(10)
[5]基于PVDF的三维力机器人触觉传感器的设计[J]. 潘奇,万舟,易士琳. 传感技术学报. 2015(05)
[6]中国机器人产业发展现状与展望[J]. 曲道奎. 中国科学院院刊. 2015(03)
[7]基于惯性传感器的动作捕捉系统的实现[J]. 刘沛娟,陈海龙,刘艺,张盛. 今日电子. 2014(10)
[8]表面式光纤布拉格光栅传感器应变传递机理的研究[J]. 田石柱,张国庆,王大鹏. 中国激光. 2014(08)
[9]人体动作行为识别研究综述[J]. 李瑞峰,王亮亮,王珂. 模式识别与人工智能. 2014(01)
[10]支持向量机的研究[J]. 任丽晔,王静,关秀丽. 长春大学学报. 2013(12)
博士论文
[1]基于多源信息融合的人体运动分析与建模研究[D]. 雷建和.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于机器学习的接触网图像检测的研究[D]. 杨卢强.中国铁道科学研究院 2017
[2]粘贴式光纤光栅传感器动态应变传递规律研究[D]. 季冬亮.武汉理工大学 2017
[3]机器人光纤阵列皮肤感知机理及实验研究[D]. 宋金雪.山东大学 2016
[4]基于惯性传感器的人体动作分析与识别[D]. 侯祖贵.哈尔滨工程大学 2013
[5]光纤触觉传感器的研究[D]. 郝华丽.大连理工大学 2012
[6]基于MATLAB的人体上肢运动分析及仿真[D]. 张爱丽.天津科技大学 2003
本文编号：3166220
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 柔性机械臂的国内外研究现状
1.3 光纤布拉格光栅传感技术国内外研究现状
1.4 光纤布拉格光栅应变传递机理的国内外研究现状
1.5 本文主要研究内容与结构安排
1.5.1 本文主要研究内容
1.5.2 本文结构安排
第2章 光纤布拉格光栅应变传递机理研究
2.1 光纤光栅传感的基本原理
2.2 光纤布拉格光栅应变传递的结构模型和理论基础
2.3 应变传递各影响因素分析
2.4 小结
第3章 FBG应变传递有限元仿真分析
3.1 有限元仿真结构建模
3.1.1 三维模型的建立
3.1.2 网格划分
3.1.3 边界条件
3.1.4 载荷加载
3.2 有限元分析对传递理论的对比验证
3.3 结构参数对平均应变传递率影响的仿真分析与理论对比
3.3.1 粘贴长度仿真分析及理论对比
3.3.2 粘贴宽度仿真分析及理论对比
3.3.3 粘贴剂剪切模量仿真分析及理论对比
3.4 小结
第4章 基于光纤光栅的圆锥形柔体形状重构传感网络设计
4.1 柔性体运动学建模及形状重构
4.1.1 分段常曲率理论模型
4.1.2 单节模型建立
4.1.3 圆锥柔体多段连接组合模型
4.1.4 柔性体形状重构节点插值
4.2 柔性体形变感知网络设计
4.2.1 扩大光纤光栅检测范围的方法
4.2.2 螺旋式光纤光栅传感网络布局
4.3 有限元仿真验证
4.4 小结
第5章 柔性体形状重构实验及误差分析
5.1 实验平台搭建
5.1.1 光纤光栅解调仪参数
5.1.2 光纤光栅传感器选择与实验平台搭建
5.2 形变实验与应变传递修正
5.3 柔性体形状重构及误差分析
5.3.1 实验结果分析
5.3.2 误差分析
5.4 小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]柔体大变形参数的光纤光栅集成检测方法[J]. 吕宇翔,任旭,路长厚,李学勇,马晓源,谷雨橦. 仪表技术与传感器. 2020(02)
[2]FBG细径形状传感器的应变传递和精度实验[J]. 章亚男,范迪,沈林勇,吴仲台,钱晋武. 光学精密工程. 2019(07)
[3]柔性可穿戴的腕关节运动角度传感器[J]. 李敏,何博,徐光华,陈佳洲,郭文亮,郑翔,张鑫. 西安交通大学学报. 2018(12)
[4]纳米碳材料在可穿戴柔性导电材料中的应用研究进展[J]. 夏凯伦,蹇木强,张莹莹. 物理化学学报. 2016(10)
[5]基于PVDF的三维力机器人触觉传感器的设计[J]. 潘奇,万舟,易士琳. 传感技术学报. 2015(05)
[6]中国机器人产业发展现状与展望[J]. 曲道奎. 中国科学院院刊. 2015(03)
[7]基于惯性传感器的动作捕捉系统的实现[J]. 刘沛娟,陈海龙,刘艺,张盛. 今日电子. 2014(10)
[8]表面式光纤布拉格光栅传感器应变传递机理的研究[J]. 田石柱,张国庆,王大鹏. 中国激光. 2014(08)
[9]人体动作行为识别研究综述[J]. 李瑞峰,王亮亮,王珂. 模式识别与人工智能. 2014(01)
[10]支持向量机的研究[J]. 任丽晔,王静,关秀丽. 长春大学学报. 2013(12)
博士论文
[1]基于多源信息融合的人体运动分析与建模研究[D]. 雷建和.中国科学技术大学 2006
硕士论文
[1]基于机器学习的接触网图像检测的研究[D]. 杨卢强.中国铁道科学研究院 2017
[2]粘贴式光纤光栅传感器动态应变传递规律研究[D]. 季冬亮.武汉理工大学 2017
[3]机器人光纤阵列皮肤感知机理及实验研究[D]. 宋金雪.山东大学 2016
[4]基于惯性传感器的人体动作分析与识别[D]. 侯祖贵.哈尔滨工程大学 2013
[5]光纤触觉传感器的研究[D]. 郝华丽.大连理工大学 2012
[6]基于MATLAB的人体上肢运动分析及仿真[D]. 张爱丽.天津科技大学 2003
本文编号：3166220
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