可變剛度仿生關(guān)節(jié)的研究與設(shè)計.pdf

1、服務(wù)型機(jī)器人被要求能夠完成各種各樣復(fù)雜的任務(wù)，且在其與人類進(jìn)行交互時能夠確保人類和機(jī)器人自身的安全。通過在機(jī)器人關(guān)節(jié)上安裝非線性彈性元件可以改變關(guān)節(jié)的剛度，這種基于機(jī)械系統(tǒng)的柔順性在碰撞發(fā)生時可以避免主動安全因需要傳感器而產(chǎn)生的反饋速度慢、經(jīng)濟(jì)性差等缺點。在基于并聯(lián)對抗驅(qū)動的關(guān)節(jié)中選擇合適的變剛度單元來實現(xiàn)關(guān)節(jié)剛度特性的改變非常重要。本文對基于并聯(lián)對抗驅(qū)動的變剛度肘關(guān)節(jié)進(jìn)行了深入的研究，主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　1、研究了現(xiàn)

2、有變剛度裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)及變剛度原理，確定了所要采用的變剛度方案并根據(jù)人類肘關(guān)節(jié)的動作特點采用基于并聯(lián)對抗驅(qū)動的肘關(guān)節(jié)驅(qū)動方式。
　　2、給出了幾種使用線性彈簧與非線性機(jī)械裝置相結(jié)合的變剛度裝置示意圖，分析了它們各自產(chǎn)生可控的非線性的原理并推導(dǎo)了相關(guān)公式。
　　3、利用MATLAB實現(xiàn)了變剛度單元變剛度性能及相關(guān)改進(jìn)型變剛度單元性能的分析，最終決定采用等腰鈍角三角型變剛度、S型與曲柄滑塊壓簧相配合變剛度以及曲柄滑塊變剛度這三種

3、變剛度方式進(jìn)行外力沖擊作用下的動態(tài)分析。
　　4、采用機(jī)械動力學(xué)仿真軟件ADAMS完成了變剛度單元的建模及虛擬肘關(guān)節(jié)的建立，進(jìn)行了相關(guān)剛度曲線特性的仿真分析。研究了串聯(lián)兩種不同變剛度單元的虛擬關(guān)節(jié)及曲柄滑塊變剛度關(guān)節(jié)在受到重物沖擊時關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角和受力情況，證明了可變剛度肘關(guān)節(jié)能夠有效吸收外界沖擊，并且串聯(lián)有S型變剛度單元的關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)器人本身更好的保護(hù)。
　　5、使用三維建模軟件CATIA完成了相關(guān)變剛度單元及仿人肘關(guān)節(jié)的