基于橡胶波纹管的柔性气动机械手臂研究

发布时间：2023-02-18 14:27

　　近年来,随着机器人技术的发展,各种新型机器人不断涌现,而具有柔软灵活特点的柔性连续型机器人的应用引起人们极大的关注。柔性连续型机器人由于可通过自身结构的连续变形,或是通过由柔软材料制成的执行器的体积的变化来实现动作,理论上具有无限自由度,可在医疗、搜索与导航等领域发挥巨大的作用。因此探索柔性连续型机器人的结构与材料,分析并建立柔性连续型机器人的运动学模型以精确的控制柔性连续型机器人的运动具有重要的意义。本文主要针对一种利用压缩气体驱动、基于弹性橡胶波纹管设计并制造装配而成的柔性机械手臂进行研究,主要工作内容如下:(1)基于人机安全合作时对机器人高安全性的要求,确定柔性机械手臂的驱动方案为使用压缩气体驱动,其结构为内部装配拉伸弹簧的执行器并联装配为执行器组,执行器组串联装配为柔性机械手臂,动作原理为通过不同的执行器内部通入压力不同的压缩气体,引起执行器的体积变化,实现柔性机械手臂的姿态改变与动作。(2)采用机器人的D-H法与几何法,建立柔性机械手臂执行器组的运动学模型,解决如何计算执行器组到达目标位置所需的各执行器内部气体压力的问题。在执行器组的逆运动学分析过程中,建立了末端中心位置的坐...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 理论意义和应用价值
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
        1.3.3 课题组研究现状
    1.4 研究内容
2 柔性机械手臂的结构设计
    2.1 弹性体执行器的设计
    2.2 执行器连接件的设计与制造
        2.2.1 执行器端盖的设计与制造
        2.2.2 执行器连接板的设计与制造
        2.2.3 执行器保持架的设计与制造
        2.2.4 执行器组间连接端盖的设计与制造
    2.3 柔性机械手臂的装配
        2.3.1 弹性体执行器的装配
        2.3.2 单级执行器组的装配
        2.3.3 多级执行器组的装配
    2.4 小结
3 柔性机械手臂关节的特性研究
    3.1 执行器组D-H法运动学分析
        3.1.1 D-H法正向运动学分析
        3.1.2 D-H法逆向运动学分析
    3.2 执行器组几何法运动学分析
        3.2.1 单通末端位置与中心圆弧参数方程
        3.2.2 双通末端位置与中心圆弧参数方程
    3.3 执行器组中心圆弧参数与各执行器长度分析
        3.3.1 中心圆弧参数与执行器长度正向运算
        3.3.2 中心圆弧参数与执行器长度逆向运算
    3.4 执行器气压与长度变化量分析
        3.4.1 弹性系数与力的测量
        3.4.2 执行器长度变化量与内部气体压力模型
    3.5 小结
4 柔性机械手臂实验台的搭建与仿真实验
    4.1 控制与数据采集系统的设计
        4.1.1 气动回路的设计与元件选型
        4.1.2 电路的设计与元件选型
    4.2 柔性机械手臂控制程序
        4.2.1 单级执行器组控制程序
        4.2.2 柔性机械手臂控制程序
    4.3 实验台的搭建
        4.3.1 末端手爪的装配
        4.3.2 实验台的设计
    4.4 柔性机械手臂的仿真与实验
        4.4.1 弹性体执行器仿真与实验
        4.4.2 单级执行器组仿真与实验
        4.4.3 柔性机械手臂仿真与实验
    4.5 小结
结论
参考文献
致谢
作者简历及攻读硕士学位期间的科研成果



本文编号：3745141