拮抗變剛度柔順驅動器的設計與研究.pdf

1、工業(yè)機器人伴隨著人類提高生產(chǎn)效率，減輕勞動負擔的需要而誕生，隨著人類生活水平的提高，希望機器人能夠走進人們的生活中，給日常的生活和娛樂注入新的元素。然而在機器人進入到日常家庭之前，一直有幾個重要的難題橫亙在面前，那就是機器人在與人交互過程中存在的安全性、與周圍環(huán)境的適應性以及工作中能量利用率的問題。關節(jié)驅動器是機器人運動得以實現(xiàn)的主要功能部件，是解決上述問題的關鍵。關于驅動器的設計，目前尚未有一個切實有效的，且適用性強的柔順驅動器設計方

2、法；生物骨骼肌驅動系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢，本文基于仿生拮抗柔順驅動的原理分析設計了一種變剛度柔順關節(jié)驅動器，并從驅動器剛度特性的角度對驅動器的安全性等問題進行分析研究，具體工作內(nèi)容如下：
　　首先，簡單介紹了柔順驅動器概念，對驅動器柔順功能的實現(xiàn)方法進行了歸納和分類，并對國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進行了概述，列舉分析了具有代表性的拮抗變剛度柔順驅動器模型。
　　其次，基于拮抗變剛度驅動的機理，確立了驅動器的實現(xiàn)方案；進一步分析了驅動器剛度形

3、成原理，在此基礎上建立了驅動器剛度的數(shù)學模型；基于MATLAB數(shù)學分析工具，用變量控制法對影響該驅動器靜態(tài)剛度特性的影響因素進行了理論分析，并結合設計指標給出樣機設計指導參數(shù)。
　　再次，根據(jù)通過對驅動電機、同步帶傳動、彈性元件等的設計計算與驗算，選定了RX-28等主要部件；依據(jù)帶傳動與張緊裝置的相關參數(shù)，建立了拮抗驅動器剛度的準確數(shù)學模型；在此模型的基礎上分析了驅動器的空載靜態(tài)剛度特性和靜載靜態(tài)剛度特性，得到了驅動器靜態(tài)下剛度性

4、能。
　　然后，運用拉格朗日法對驅動器進行了動力學分析，得到了系統(tǒng)動力學方程；與此同時，還分別建立了拮抗SEA模型和驅動電機的數(shù)學模型；在此基礎上，于Simulink中分別建立仿真模型。
　　最后，就拮抗驅動器進行了控制分析，結合PID控制方法，對驅動器的位置控制、剛度控制、位置-剛度解耦控制等策略進行了研究；在Simulink中設計了仿真實驗，對上述控制策略下的驅動器動態(tài)性能進行研究，結果表明驅動器可有效的跟蹤正弦波，具備