七自由度仿人柔性臂的設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、機械臂的柔順性是實現(xiàn)人機協(xié)作和安全交互的關(guān)鍵問題，是目前機器人領(lǐng)域研究的熱點之一。傳統(tǒng)的工業(yè)機械臂在工作時，為了保證人的安全，需要將人排除在工作區(qū)域之外。為了實現(xiàn)人機協(xié)作，保證人機交互的安全性，需要實現(xiàn)機械臂的柔順性。本文將開展七自由度仿人柔性臂的設(shè)計研究，在柔順性設(shè)計上，采用串聯(lián)彈性驅(qū)動器（Series Elastic Actuator，簡稱SEA）作為關(guān)節(jié)執(zhí)行器。SEA在電機和負載間嵌入彈性元件，具有吸收外部沖擊，以及實現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩和

2、位置混合控制等優(yōu)點。另外，為了實時監(jiān)測彈性元件的彈性系數(shù)變化，實現(xiàn)彈性系數(shù)的在線標定。本文還開展了彈性力矩傳感器研究。這些研究對于先進智能柔性臂部件的更新，以及開展機械臂的柔性控制具有重要意義。
　　本文主要開展七自由度仿人柔性臂結(jié)構(gòu)設(shè)計和彈-性力矩傳感器設(shè)計研究，主要工作如下:
　　1、七自由度仿人柔性臂的仿生設(shè)計與分析。針對七自由度仿人柔性臂，參考人體上肢運動機理，結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)原則和方法，對照人體上肢相對比例，確定柔

3、性臂的物理參數(shù)及相關(guān)設(shè)計要點。
　　2、七自由度仿人柔性臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析。通過Adams仿真獲取各個關(guān)節(jié)的驅(qū)動力矩與角速度曲線，依此開展關(guān)鍵元件選型。依照實際設(shè)計需求，開展基于SEA的各個關(guān)節(jié)的設(shè)計。對各個關(guān)鍵零部件進行FEA有限元分析優(yōu)化，在減輕零件重量的同時確保關(guān)鍵零部件安全可靠。
　　3、彈性力矩傳感器設(shè)計。針對SEA彈性系數(shù)變化問題，提出一種平面扭簧與力矩測量相結(jié)合的彈性力矩傳感器。開展彈性力矩傳感器的平面扭簧單元