【摘要】：本課題來源于國家自然科學基金項目。機器人腿部驅(qū)動裝置的發(fā)展遠落后于當今世界機器人工作的未知復雜環(huán)境這一特殊的發(fā)展要求,本論文以設計一個對未知環(huán)境高度適應、性能可靠和靈活運動能力極強的機器人及假肢所需要的彈性驅(qū)動器為目標,并對彈性驅(qū)動器的機械本體結(jié)構、動力學模型及仿真進行了研究。 本文從仿生學的角度出發(fā),根據(jù)動物腿部肌肉的特性,結(jié)合傳統(tǒng)的無阻尼彈性驅(qū)動器的原理,提出了有阻尼圓筒式彈性驅(qū)動器模型,設計了一個更接近肌肉性能的彈性驅(qū)動器。建立了無阻尼和有阻尼彈性驅(qū)動器的動力學模型,并對這兩種機械結(jié)構形式的動力學進行了分析,有阻尼彈性驅(qū)動器在輸出過程中,可以根據(jù)負載力的大小被動調(diào)節(jié)驅(qū)動剛度和壓縮速度,更好地模擬動物肌肉運動的特性。 結(jié)合傳統(tǒng)的無阻尼彈性驅(qū)動器的結(jié)構特點,設計了一種有阻尼圓筒式彈性驅(qū)動器結(jié)構。根據(jù)機器人腿部指標的要求,計算出了彈性驅(qū)動器所需彈簧的總體剛度為25N/mm,介紹了有阻尼驅(qū)動彈性驅(qū)動器各組成部件的選取原則。對兩種彈性驅(qū)動器的關鍵零件進行了有限元結(jié)構強度分析,并對彈性驅(qū)動器硬件控制電路進行了設計。 利用dSPACE對彈性驅(qū)動器的驅(qū)動特性進行了分析。首先,通過實驗得到彈性驅(qū)動器產(chǎn)生的阻尼系數(shù)約為0.1Ns/mm；其次,通過不同帶寬仿真和實驗得到阻尼系數(shù)在0-0.2Ns/mm之間,阻尼系數(shù)測定實驗不僅得到了驅(qū)動器本身的阻尼系數(shù)而且還驗證了不同帶寬跟隨特性和驗證了實驗方法的可行性,這為以后深入研究彈性驅(qū)動器以及有阻尼彈性驅(qū)動器阻尼系數(shù)的選取提供了依據(jù)。最后,通過不同負載下的位移跟隨實驗,得到了彈性驅(qū)動器不同負載下的位移實際輸出情況,根據(jù)機器人腿部機構質(zhì)量指標驗證彈性驅(qū)動器的可靠性。 本文通過對兩種彈性驅(qū)動器進行動力學分析和驅(qū)動特性研究,得出有阻尼彈性驅(qū)動器更接近于肌肉特性,能更好地解決機器人行走過程中足部沖擊力的問題,降低沖擊力對足部的影響,并且通過實驗得到阻尼系數(shù)對驅(qū)動特性的影響及其選取范圍。
[Abstract]:This subject comes from the National Natural Science Foundation of China. The development of robot leg driving device lags far behind the special development requirement of unknown complex environment of robot work in the world today. This paper designs a highly adaptable to unknown environment. The elastic actuators needed by robots and prostheses with reliable performance and flexible motion ability are the targets. The mechanical bulk structure, dynamic model and simulation of the elastic actuators are studied. In this paper, according to the characteristics of animal leg muscles and the principle of traditional undamped elastic actuators, a model of damped cylindrical elastic actuator is proposed, and an elastic actuator which is closer to muscle performance is designed from the point of view of bionics. The dynamic models of undamped and damped elastic actuators are established, and the dynamics of these two mechanical structures are analyzed. The driving stiffness and compression speed can be adjusted passively according to the load force, and the characteristics of animal muscle motion can be better simulated. According to the structural characteristics of traditional undamped elastic actuator, a structure of damped cylindrical elastic actuator is designed. According to the requirements of the robot leg index, the total stiffness of the spring needed for the elastic actuator is calculated to be 25 N / mm, and the principle of selecting the components of the elastic actuator with damping is introduced. The finite element structural strength analysis of the key parts of two kinds of elastic actuator is carried out, and the hardware control circuit of the elastic driver is designed. The driving characteristics of elastic driver are analyzed by dSPACE. Firstly, the damping coefficient of the elastic actuator is about 0.1Ns / mm. Secondly, through different bandwidth simulation and experiment, the damping coefficient is obtained between 0-0.2Ns/mm, The damping coefficient measurement experiment not only gets the damping coefficient of the driver itself, but also verifies the different bandwidth following characteristics and the feasibility of the experimental method. This provides a basis for the further study on the selection of damping coefficient of elastic actuator and damping elastic actuator. Finally, through the displacement following experiment under different loads, the actual displacement output of the elastic actuator under different loads is obtained, and the reliability of the elastic actuator is verified according to the quality index of the robot leg mechanism. Based on the dynamic analysis and the study of the driving characteristics of two kinds of elastic actuators, it is concluded that the damping elastic actuator is closer to the muscle characteristics and can better solve the problem of the impact force of the foot during the walking process of the robot. The influence of the impact force on the foot is reduced, and the influence of damping coefficient on the driving characteristics and its selection range are obtained by experiments.
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TP242;TH113

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;機器人專利技術(連載) 日本機器人專利文獻[J];機器人技術與應用;2011年02期

2 ;Diodes 40V閘極驅(qū)動器減少IGBT開關損耗[J];電子設計工程;2011年15期

3 ;奧地利微電子推出第三代LED驅(qū)動器[J];電子與電腦;2011年08期

4 ;Diodes推出40V閘極驅(qū)動器減少IGBT開關損耗[J];電子與電腦;2011年08期

5 ;德州儀器推出低噪聲16通道恒流LED驅(qū)動器 LED驅(qū)動器大幅提高低價格PCB的顯示數(shù)據(jù)完整性[J];電子技術應用;2011年03期

6 ;Allegro推出新款汽車級三相MOSFET預驅(qū)動器IC[J];電子與電腦;2011年09期

7 ;提高CD-ROM速度[J];實用電子文摘;1997年10期

8 ;麥瑞半導體發(fā)布新款高電流密度和高精度線性WLED驅(qū)動器[J];電子與電腦;2011年07期

9 ;愛特梅爾推出高效率多通道LED驅(qū)動器產(chǎn)品[J];電子與電腦;2011年07期

10 ;Allegro推出新型汽車信息娛樂系統(tǒng)LED驅(qū)動器IC[J];電子與電腦;2011年08期

相關會議論文 前10條

1 何永洪;周密;袁金穎;石高全;;聚吡咯／金納米粒子雙層膜的合成及性質(zhì)研究[A];2005年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2005年

2 張震;劉立武;劉彥菊;冷勁松;;介電彈性體卷形驅(qū)動器的設計制造及性能測試[A];第十五屆全國復合材料學術會議論文集（上冊）[C];2008年

3 ;新型汽車發(fā)動機電控系統(tǒng)[A];電子信息節(jié)能技術與產(chǎn)品推廣應用專集[C];2009年

4 華子興;余國光;梁連兵;;壓縮驅(qū)動器的功率試驗[A];2005年聲頻工程學術交流會論文集[C];2005年

5 劉立武;張震;劉彥菊;冷勁松;;介電彈性體薄膜驅(qū)動器的驅(qū)動性能研究[A];第十五屆全國復合材料學術會議論文集（上冊）[C];2008年

6 陳新宇;;GaAs MESFET電壓驅(qū)動器[A];2005'全國微波毫米波會議論文集（第三冊）[C];2006年

7 車榮合;王曉騫;李淵林;;電機智能變頻驅(qū)動器[A];中國航海學會航標專業(yè)委員會沿海、內(nèi)河航標學組聯(lián)合年會學術交流論文集[C];2003年

8 黃哲;孫偉;晏鵬飛;王東文;;全數(shù)字交流永磁伺服電機驅(qū)動器在電動汽車上的應用[A];中國計量協(xié)會冶金分會2007年會論文集[C];2007年

9 張黎;;高壓大功率IGBT驅(qū)動模塊技術特點分析[A];2008中國電工技術學會電力電子學會第十一屆學術年會論文摘要集[C];2008年

10 王虹;;HIS—醫(yī)院管理的驅(qū)動器[A];2004年中華醫(yī)院管理學會學術年會論文集[C];2004年

相關重要報紙文章 前10條

1 四川 馮小民;快速訪問驅(qū)動器妙法二則[N];電腦報;2003年

2 王蘭富;隨心所欲保護你的驅(qū)動器[N];電腦報;2003年

3 梅新;美津濃公司開發(fā)步行機器人專用鞋[N];中國貿(mào)易報;2004年

4 國文成、韓文智;改變驅(qū)動器的盤符[N];中國電腦教育報;2004年

5 ;東芝提出新型DVD—RAM驅(qū)動器[N];科技日報;2000年

6 夢春;捷特科發(fā)布新型驅(qū)動器滿足新一代LED需求[N];電子資訊時報;2008年

7 安徽 smartdrv;Win 2000不能檢測Zip驅(qū)動器的故障[N];電腦報;2003年

8 ;騰保SuperLoader 5120L采用SDLT320驅(qū)動器[N];計算機世界;2002年

9 康梁;世界首塊15000轉(zhuǎn)驅(qū)動器問世[N];中華工商時報;2000年

10 ;明基DVP 1650P驅(qū)動器[N];中國計算機報;2003年

相關博士學位論文 前10條

1 倪修華;雙足被動步行機器人性能分析及一種動力輸入方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

2 倪修華;雙足被動步行機器人性能分析及一種動力輸入方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

3 潘成亮;螺旋電極式壓電驅(qū)動器及其應用研究[D];中國科學技術大學;2010年

4 徐愛群;超磁致伸縮采油換能器工作機理及應用基礎研究[D];浙江大學;2007年

5 王宏;用于仿生推進的SMA驅(qū)動器研究[D];哈爾濱工程大學;2007年

6 孫發(fā)明;超磁仿生機器魚力學機理及數(shù)值模擬[D];大連理工大學;2009年

7 陳兵芽;石蠟熱力學特性及其無纜驅(qū)動器研究[D];南昌大學;2008年

8 張利祥;金屬注射成形多孔NiTi形狀記憶合金及其傳熱驅(qū)動的研究[D];上海交通大學;2008年

9 劉爽;鋯鈦酸鉛（PZT）陶瓷材料相關技術與應用研究[D];中國科學技術大學;2009年

10 杜娟;高精度電子組裝設備中智能材料驅(qū)動器的建模與控制研究[D];華南理工大學;2010年

相關碩士學位論文 前10條

1 戰(zhàn)衛(wèi)俠;形狀記憶合金驅(qū)動六足步行機器人的研究[D];遼寧工程技術大學;2000年

2 王濤;基于球面機構的太陽跟蹤裝置控制系統(tǒng)的研究[D];河北工業(yè)大學;2005年

3 王麗花;大功率恒流驅(qū)動器設計與實驗研究[D];吉林大學;2008年

4 王雁平;針織機用永磁同步電機驅(qū)動器的設計[D];西安科技大學;2005年

5 何永洪;金納米粒子/聚吡咯微結(jié)構復合材料的合成和性能研究[D];清華大學;2006年

6 繆國;新型三自由度慣性壓電驅(qū)動器研究[D];吉林大學;2008年

7 聶顯鵬;基于FPGA的超磁致伸縮驅(qū)動器的研究[D];吉林大學;2008年

8 陳萬連;油田井下無刷直流電動機驅(qū)動系統(tǒng)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

9 曹贏;一種準被動步行機器人的步行控制研究[D];武漢科技大學;2010年

10 尹婧;林間步行機器人的運動特性與動態(tài)仿真[D];東北林業(yè)大學;2010年

，

本文編號：2357956