基于磁流變液的機(jī)器人柔順關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、針對(duì)現(xiàn)有剛性機(jī)器人在柔順性和安全性方面存在不足，而軟體機(jī)器人在準(zhǔn)確性方面存在不足的問題，研發(fā)一種兼具剛性和柔性的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)具有重要意義。磁流變液是一種在磁場(chǎng)環(huán)境中具有相變特性的智能材料。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為零時(shí)表現(xiàn)為液態(tài)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度足夠大時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槟虘B(tài)，其相變過程連續(xù)可控、可逆、頻響高。本文設(shè)計(jì)一種基于磁流變液的機(jī)器人柔順關(guān)節(jié)，主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)基于磁流變技術(shù)提出一種新型機(jī)器人柔順關(guān)節(jié)原理。在傳統(tǒng)的機(jī)器人關(guān)節(jié)剛性結(jié)構(gòu)內(nèi)部嵌入磁流

2、變液傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，使其成為一種兼具剛性和柔性的關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)。從而既能保持操作的精確性，又具有足夠的柔順性和安全性。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種磁流變液傳動(dòng)裝置，利用電磁仿真軟件MAXWELL對(duì)該裝置的工作間隙大小和線圈安匝數(shù)進(jìn)行有限元仿真分析。根據(jù)仿真結(jié)果得到最優(yōu)參數(shù)以加工樣機(jī)。模型最優(yōu)的參數(shù)為:2mm的工作間隙和300匝的勵(lì)磁線圈。另外，設(shè)計(jì)了磁流變液柔順關(guān)節(jié)整體結(jié)構(gòu)。
　　(3)建立了兼顧宏觀特性和微觀行為的機(jī)器人柔順關(guān)節(jié)可變剛度模型

3、。分析磁流變液傳動(dòng)中控制電流與傳遞扭矩/轉(zhuǎn)角的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并利用MATLAB對(duì)理論模型進(jìn)行驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明:關(guān)節(jié)輸出轉(zhuǎn)矩隨著線圈電流的增大而近似線性增大;在相同時(shí)間內(nèi)，當(dāng)輸入電流越大，轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大，而且當(dāng)工作時(shí)間增加后，轉(zhuǎn)動(dòng)角度的增幅增大。
　　(4)研究磁流變液柔順關(guān)節(jié)的控制機(jī)理，選用模糊邏輯控制作為柔順關(guān)節(jié)的控制方法，制定柔順關(guān)節(jié)控制規(guī)則，設(shè)計(jì)適用于磁流變液柔順關(guān)節(jié)的模糊控制器。
　　(5)加工磁流變液柔

4、順關(guān)節(jié)樣機(jī)，搭建磁流變液柔順關(guān)節(jié)傳動(dòng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并進(jìn)行磁流變液傳動(dòng)裝置的扭矩輸出測(cè)試實(shí)驗(yàn)和被動(dòng)桿的轉(zhuǎn)角輸出測(cè)試及力輸出測(cè)試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明磁流變液傳動(dòng)裝置輸出的扭矩與線圈電流之間基本成線性關(guān)系，即磁流變液傳動(dòng)裝置具有良好的線性度，能有效保證關(guān)節(jié)操作的準(zhǔn)確性。從被動(dòng)桿實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出該裝置響應(yīng)時(shí)間很短，可以達(dá)到200ms以內(nèi)，能滿足關(guān)節(jié)操作的實(shí)時(shí)性要求。
　　本文設(shè)計(jì)并加工制作的第一代磁流變液柔順關(guān)節(jié)樣機(jī)，外部尺寸為:長(zhǎng)120