近些年來(lái),隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷進(jìn)步,機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,已從傳統(tǒng)的工業(yè)領(lǐng)域逐漸滲透到服務(wù)和家用等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域,機(jī)器人與人的交互越來(lái)越頻繁,而且機(jī)器人的工作環(huán)境多重多樣,復(fù)雜多變,這對(duì)機(jī)器人的性能提出了更加苛刻的要求。柔性變剛度關(guān)節(jié)由于具有較好的環(huán)境適應(yīng)性,較高的負(fù)載自重比,良好的緩沖性能,有助于提升人機(jī)交互的安全性能,改善能量的利用率等特點(diǎn),近年來(lái)受到了越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注,并逐漸成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文從關(guān)節(jié)變剛度原理出發(fā),設(shè)計(jì)一款可變剛度柔性機(jī)械臂關(guān)節(jié),并開(kāi)展了以下幾方面的工作:（1）設(shè)計(jì)變剛度關(guān)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)。首先確定關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)指標(biāo),提出一種基于板簧、彈簧的變剛度原理,并對(duì)關(guān)節(jié)剛度進(jìn)行理論計(jì)算,對(duì)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型分析,包括各個(gè)零部件的選型分析,關(guān)鍵元件的詳細(xì)設(shè)計(jì)分析,最終繪制關(guān)節(jié)的三維模型;最后,從理論分析的角度,分析關(guān)節(jié)的剛度變化范圍。（2）建立關(guān)節(jié)的動(dòng)力學(xué)模型。由于變剛度關(guān)節(jié)和串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器具有一定的相似性,因此,首先歸納總結(jié)了串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的常用動(dòng)力學(xué)模型;深入研究關(guān)節(jié)建模時(shí)需要考慮的因素,建立了較為完善的變剛度關(guān)節(jié)動(dòng)力學(xué)模型并通過(guò)Simulink仿真分析... 

【文章來(lái)源】：沈陽(yáng)建筑大學(xué)遼寧省

【文章頁(yè)數(shù)】：70 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１－３意大利比薩大學(xué)的變剛度執(zhí)行器（ＶＳＡ）??

進(jìn)而得到非線性的輸入輸出關(guān)系。相比于第一代ＶＳＡ，該設(shè)計(jì)有更大的變剛度范圍和更清??晰的參數(shù)優(yōu)化模型。??圖１－４?ＶＳＡ－ｎ結(jié)構(gòu)原理??Ｆｉｇ．?１－４?ＶＳＡ－ＩＩ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??德國(guó)宇航中心（ＤＬＲ）將一種新型變剛度設(shè)計(jì)（ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ）［５］運(yùn)用到柔性機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，??針對(duì)機(jī)器人于環(huán)境交互的安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)和研發(fā)了這類(lèi)關(guān)節(jié)，如圖１－５所示。關(guān)節(jié)電機(jī)與??諧波減速器相連，柔輪作為輸出端，剛度調(diào)節(jié)電機(jī)與剛輪相連。由上方端蓋對(duì)彈簧提前預(yù)??緊，通過(guò)剛度電機(jī)調(diào)節(jié)凸輪盤(pán)，使得關(guān)節(jié)變形，彈簧的壓縮量變化，關(guān)節(jié)的剛度得到改變，??通過(guò)改變凸輪的曲面形狀可以得到不同剛度特性的關(guān)節(jié)。??Ｔ＝＝ａ１?？??圖１－５?ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ試驗(yàn)樣機(jī)??Ｆｉｇ．?１－５?ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ?ｔｅｓｔ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??在ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ的基礎(chǔ)上，德國(guó)宇航中心（ＤＬＲ）又研制了?ＦＳＪ?（Ｆｌｏａｔｉｎｇ?Ｓｐｒｉｎｇ?Ｊｏｉｎｔ）關(guān)??節(jié)［６］。ＦＳＪ關(guān)節(jié)是采用線性彈簧與凸輪盤(pán)結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)變剛度的，凸輪盤(pán)滑槽間隙內(nèi)固??定有可以沿滑槽滑動(dòng)的滾輪。當(dāng)向輸入端施加扭矩的時(shí)候，由于彈簧和滾輪滑槽的作用兩??凸輪盤(pán)發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)且在軸向方向上相對(duì)分離。利用剛度調(diào)節(jié)電機(jī)調(diào)節(jié)滑槽中凸輪的位置??改變兩凸輪盤(pán)間距即改變了彈簧的預(yù)緊力

Ｆｉｇ．?１－４?ＶＳＡ－ＩＩ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ??德國(guó)宇航中心（ＤＬＲ）將一種新型變剛度設(shè)計(jì)（ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ）［５］運(yùn)用到柔性機(jī)械臂關(guān)節(jié)中，??針對(duì)機(jī)器人于環(huán)境交互的安全問(wèn)題，設(shè)計(jì)和研發(fā)了這類(lèi)關(guān)節(jié)，如圖１－５所示。關(guān)節(jié)電機(jī)與??諧波減速器相連，柔輪作為輸出端，剛度調(diào)節(jié)電機(jī)與剛輪相連。由上方端蓋對(duì)彈簧提前預(yù)??緊，通過(guò)剛度電機(jī)調(diào)節(jié)凸輪盤(pán)，使得關(guān)節(jié)變形，彈簧的壓縮量變化，關(guān)節(jié)的剛度得到改變，??通過(guò)改變凸輪的曲面形狀可以得到不同剛度特性的關(guān)節(jié)。??Ｔ＝＝ａ１?？??圖１－５?ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ試驗(yàn)樣機(jī)??Ｆｉｇ．?１－５?ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ?ｔｅｓｔ?ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ??在ＶＳ－Ｊｏｉｎｔ的基礎(chǔ)上，德國(guó)宇航中心（ＤＬＲ）又研制了?ＦＳＪ?（Ｆｌｏａｔｉｎｇ?Ｓｐｒｉｎｇ?Ｊｏｉｎｔ）關(guān)??節(jié)［６］。ＦＳＪ關(guān)節(jié)是采用線性彈簧與凸輪盤(pán)結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)變剛度的，凸輪盤(pán)滑槽間隙內(nèi)固??定有可以沿滑槽滑動(dòng)的滾輪。當(dāng)向輸入端施加扭矩的時(shí)候，由于彈簧和滾輪滑槽的作用兩??凸輪盤(pán)發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)且在軸向方向上相對(duì)分離。利用剛度調(diào)節(jié)電機(jī)調(diào)節(jié)滑槽中凸輪的位置??改變兩凸輪盤(pán)間距即改變了彈簧的預(yù)緊力，關(guān)節(jié)剛度隨之改變。這種結(jié)構(gòu)對(duì)關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)??電機(jī)的要求比較高，摩擦力對(duì)關(guān)節(jié)性能影響較大。??

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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