拮抗變剛度柔順驅(qū)動器的設(shè)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(fù)擔(dān)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(yīng)性以及工作中能量利用率的問題。關(guān)節(jié)驅(qū)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(guān)鍵。關(guān)于驅(qū)動器的設(shè)計，目前尚未有一個切實有效的，且適用性強的柔順驅(qū)動器設(shè)計方

2、法；生物骨骼肌驅(qū)動系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢，本文基于仿生拮抗柔順驅(qū)動的原理分析設(shè)計了一種變剛度柔順關(guān)節(jié)驅(qū)動器，并從驅(qū)動器剛度特性的角度對驅(qū)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(qū)動器概念，對驅(qū)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(qū)動器模型。
　　其次，基于拮抗變剛度驅(qū)動的機理，確立了驅(qū)動器的實現(xiàn)方案；進一步分析了驅(qū)動器剛度形

3、成原理，在此基礎(chǔ)上建立了驅(qū)動器剛度的數(shù)學(xué)模型；基于MATLAB數(shù)學(xué)分析工具，用變量控制法對影響該驅(qū)動器靜態(tài)剛度特性的影響因素進行了理論分析，并結(jié)合設(shè)計指標(biāo)給出樣機設(shè)計指導(dǎo)參數(shù)。
　　再次，根據(jù)通過對驅(qū)動電機、同步帶傳動、彈性元件等的設(shè)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(guān)參數(shù)，建立了拮抗驅(qū)動器剛度的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型；在此模型的基礎(chǔ)上分析了驅(qū)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(qū)動器靜態(tài)下剛度性

4、能。
　　然后，運用拉格朗日法對驅(qū)動器進行了動力學(xué)分析，得到了系統(tǒng)動力學(xué)方程；與此同時，還分別建立了拮抗SEA模型和驅(qū)動電機的數(shù)學(xué)模型；在此基礎(chǔ)上，于Simulink中分別建立仿真模型。
　　最后，就拮抗驅(qū)動器進行了控制分析，結(jié)合PID控制方法，對驅(qū)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(shè)計了仿真實驗，對上述控制策略下的驅(qū)動器動態(tài)性能進行研究，結(jié)果表明驅(qū)動器可有效的跟蹤正弦波，具備