仿生對抗變剛度驅動關節(jié)的研究與設計.pdf

1、傳統(tǒng)機器人關節(jié)大都采用純剛性驅動，不具有本質上主動變剛度的能力，該類關節(jié)響應速度快，速度和位置控制準確，但是能量消耗大，主動和被動安全性不高，對工作環(huán)境的適應性差，需要在特定的結構化環(huán)境中工作。隨著機器人在不同領域的廣泛應用，機器人往往被要求能夠完成各式各樣復雜的任務，甚至需要與人進行互動交流，這對機器人的柔韌性和對環(huán)境的適應能力提出了更高的要求，為了機器人能夠更安全的與人和任務對象進行互動交流，并在非結構化環(huán)境中具有良好的適應性，因此

2、，具有好柔順性、主/被動變剛度、高能量效率的仿生機器人是未來仿生機器人領域的重點研究內容。人體關節(jié)可以通過肌腱主動調節(jié)關節(jié)的剛度，對于仿生機器人來說，使機器人關節(jié)像人的肌肉一樣在不同的姿態(tài)可以調節(jié)剛度從而適應不同的環(huán)境，同時降低能耗，保證安全是仿生機器人出色性能的體現，因此，研究可以主動或被動調節(jié)驅動器的剛度和固有振動頻率的變剛度驅動執(zhí)行器具有重要的實際意義。本文基于一種對抗驅動的曲柄滑塊機構提出了一種仿生變剛度驅動關節(jié)，并對這種變剛度

3、彈性關節(jié)的非線性剛度特性進行深入的研究，最后將變剛度彈性單元應用于仿生機器人的肩關節(jié)和肘關節(jié)，建立其三維虛擬模型，論文主要研究內容包括以下幾點:
　　1、研究現有變剛度裝置單元的機械結構及其變剛度原理，確定本文所要采用的變剛度形式，基于曲柄滑塊機構提出一種新型的對抗變剛度彈性驅動器。
　　2、建立雙曲柄滑塊機構的運動學模型，分析雙曲柄滑塊機構的運動學、靜力學特性，找到一些力和速度發(fā)生突變的點，規(guī)劃出能實際應用的工作區(qū)間，為進

4、一步分析后續(xù)變剛度特性做好基礎準備。
　　3、建立仿生對抗變剛度驅動關節(jié)的運動學和力學模型，對其進行變剛度特性分析，并通過MATLAB進行彈性變剛度驅動關節(jié)的結構優(yōu)化，確定曲柄、滑輪的優(yōu)化半徑以及滑輪與曲柄鉸鏈處的距離等參數。然后，著重分析和研究了變剛度彈性單元的等長收縮和等剛收縮的變剛度特性，為其以后實際應用打下堅實的理論基礎。
　　4、建立變剛度彈性單元的ADAMS虛擬樣機模型，尤其對鋼繩進行建模，對變剛度彈性單元的運動