仿生對抗變剛度驅(qū)動關(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，不具有本質(zhì)上主動變剛度的能力，該類關(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，主動和被動安全性不高，對工作環(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)行互動交流，這對機(jī)器人的柔韌性和對環(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)對象進(jìn)行互動交流，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/被動變剛度、高能量效率的仿生機(jī)器人是未來仿生機(jī)器人領(lǐng)域的重點(diǎn)研究內(nèi)容。人體關(guān)節(jié)可以通過肌腱主動調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的剛度，對于仿生機(jī)器人來說，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，研究可以主動或被動調(diào)節(jié)驅(qū)動器的剛度和固有振動頻率的變剛度驅(qū)動執(zhí)行器具有重要的實(shí)際意義。本文基于一種對抗驅(qū)動的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)提出了一種仿生變剛度驅(qū)動關(guān)節(jié)，并對這種變剛度

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，論文主要研究內(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)提出一種新型的對抗變剛度彈性驅(qū)動器。
　　2、建立雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)模型，分析雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(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、建立仿生對抗變剛度驅(qū)動關(guān)節(jié)的運(yùn)動學(xué)和力學(xué)模型，對其進(jìn)行變剛度特性分析，并通過MATLAB進(jìn)行彈性變剛度驅(qū)動關(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，尤其對鋼繩進(jìn)行建模，對變剛度彈性單元的運(yùn)動