仿生對(duì)抗變剛度驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、傳統(tǒng)機(jī)器人關(guān)節(jié)大都采用純剛性驅(qū)動(dòng)，不具有本質(zhì)上主動(dòng)變剛度的能力，該類(lèi)關(guān)節(jié)響應(yīng)速度快，速度和位置控制準(zhǔn)確，但是能量消耗大，主動(dòng)和被動(dòng)安全性不高，對(duì)工作環(huán)境的適應(yīng)性差，需要在特定的結(jié)構(gòu)化環(huán)境中工作。隨著機(jī)器人在不同領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，機(jī)器人往往被要求能夠完成各式各樣復(fù)雜的任務(wù)，甚至需要與人進(jìn)行互動(dòng)交流，這對(duì)機(jī)器人的柔韌性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力提出了更高的要求，為了機(jī)器人能夠更安全的與人和任務(wù)對(duì)象進(jìn)行互動(dòng)交流，并在非結(jié)構(gòu)化環(huán)境中具有良好的適應(yīng)性，因此

2、，具有好柔順性、主/被動(dòng)變剛度、高能量效率的仿生機(jī)器人是未來(lái)仿生機(jī)器人領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。人體關(guān)節(jié)可以通過(guò)肌腱主動(dòng)調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的剛度，對(duì)于仿生機(jī)器人來(lái)說(shuō)，使機(jī)器人關(guān)節(jié)像人的肌肉一樣在不同的姿態(tài)可以調(diào)節(jié)剛度從而適應(yīng)不同的環(huán)境，同時(shí)降低能耗，保證安全是仿生機(jī)器人出色性能的體現(xiàn)，因此，研究可以主動(dòng)或被動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的剛度和固有振動(dòng)頻率的變剛度驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器具有重要的實(shí)際意義。本文基于一種對(duì)抗驅(qū)動(dòng)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)提出了一種仿生變剛度驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，并對(duì)這種變剛度

3、彈性關(guān)節(jié)的非線性剛度特性進(jìn)行深入的研究，最后將變剛度彈性單元應(yīng)用于仿生機(jī)器人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，建立其三維虛擬模型，論文主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾點(diǎn):
　　1、研究現(xiàn)有變剛度裝置單元的機(jī)械結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)提出一種新型的對(duì)抗變剛度彈性驅(qū)動(dòng)器。
　　2、建立雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分析雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)特性，找到一些力和速度發(fā)生突變的點(diǎn)，規(guī)劃出能實(shí)際應(yīng)用的工作區(qū)間，為進(jìn)

4、一步分析后續(xù)變剛度特性做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備。
　　3、建立仿生對(duì)抗變剛度驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)模型，對(duì)其進(jìn)行變剛度特性分析，并通過(guò)MATLAB進(jìn)行彈性變剛度驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)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(shù)。然后，著重分析和研究了變剛度彈性單元的等長(zhǎng)收縮和等剛收縮的變剛度特性，為其以后實(shí)際應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
　　4、建立變剛度彈性單元的ADAMS虛擬樣機(jī)模型，尤其對(duì)鋼繩進(jìn)行建模，對(duì)變剛度彈性單元的運(yùn)動(dòng)