基于氣動肌肉驅(qū)動的充氣型機械臂設(shè)計及控制技術(shù)的研究
發(fā)布時間：2022-01-11 17:50
在中國信息通信研究院發(fā)布的《發(fā)達(dá)國家機器人發(fā)展戰(zhàn)略及重點方向》文章中提到,工業(yè)機器人發(fā)展至今,技術(shù)已趨漸成熟,各國加強了應(yīng)用于特殊環(huán)境的特種機器人相關(guān)研制。充氣型機械臂作為一種采用非電機驅(qū)動的特種機器人,憑借其可折疊性、輕便型以及良好的人機協(xié)作能力,在環(huán)境勘察、檢測方面有著不可忽略的作用。本文將采用人工氣動肌肉作為充氣型機械臂的驅(qū)動源,通過對其結(jié)構(gòu)設(shè)計以及控制策略方面的研究,建立了一個二自由度的單關(guān)節(jié)氣動機械臂。通過實驗檢測其相關(guān)參數(shù),為具備多關(guān)節(jié)較長充氣型機械臂的研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)。完成了充氣型機械臂的充氣臂桿本體結(jié)構(gòu)設(shè)計,建立關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)模型,并完成充氣型機械臂本體制作及人工氣動肌肉選型。針對臂桿充放氣過程,采用有限元分析的方式進(jìn)行模擬,利用ABAQUS軟件進(jìn)行仿真分析,并與實際實驗過程相比較,使仿真模型接近實際充氣型機械臂的充放氣過程。針對充氣材料在受拉力狀態(tài)下存在形變的難點問題,對充氣臂桿仿真分析之后從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化,減小在人工氣動肌肉收縮時充氣臂桿產(chǎn)生的非線性變形。針對人工氣動肌肉非線性與遲滯性的特性,將采用理論模型與實驗?zāi)Ｐ拖嘟Y(jié)合的方式進(jìn)行研究。一方面根據(jù)Chou和Tondu教授...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：86 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
Gicometti充氣臂
圖 1-6 CMU 充氣型機械臂臂給出一個可充氣的聯(lián)合角度估計，在圖描述電機軸角和充氣關(guān)節(jié)角之間的簡只提供臂桿所需拉力，不能支撐收縮載會導(dǎo)致充氣關(guān)節(jié)發(fā)生非期望形變，針對同時在兩個關(guān)節(jié)連接處設(shè)置飛思卡爾壓關(guān)節(jié)角度，通過三次多項式擬合后得到壓力測量估算方式可以將充氣臂的分辨還給出了一個末端執(zhí)行器的接觸方案，接觸能力，具體方式為比較透射圖和壓如下： 2 22 21=0，if，if T PthT Pth發(fā)生了接觸， = 時表示沒有接觸，程如圖 1-7 所示，該檢測方案能夠成功
00.40.21 2 3 4 5Time(s)Contact圖 1-7 CMU 充氣臂外部接觸檢測法國原子能協(xié)會（Atomic EnergyCommission, CEA）設(shè)計了一款用于鉸鏈遠(yuǎn)程機器人手臂的新型充氣式執(zhí)行器[12]，是利用腱繩拉動布置在臂桿氣球上的滑輪關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)如圖 1-8(a)所示，該充氣機械臂長為 3m，重量為 500g。此外，原子能協(xié)會還利用安裝在臂桿褶皺中的止動銷約束關(guān)節(jié)中間弧線的長度，利用腱動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，止動銷的利用大大增加了機械臂的整體重量。利用腱繩傳動的最大就是當(dāng)臂桿拓展到一定長度之后，由于腱驅(qū)動的摩擦力，拉力很難傳遞到頂端臂然，在人類難以達(dá)到的偵查探測環(huán)境中，使用腱繩驅(qū)動不能較好的控制機械臂CEA 近期也研制了一種放置于臂桿內(nèi)部的拮抗式氣囊驅(qū)動器，該驅(qū)動器也是通囊伸縮拉動繩索驅(qū)動關(guān)節(jié)進(jìn)行拉動，如圖 1-8 所示。該結(jié)構(gòu)解決了利用腱繩遠(yuǎn)距動摩擦較大的問題，但缺點是檢修困難，機械臂驅(qū)動一旦出現(xiàn)故障，只能破壞臂出驅(qū)動器進(jìn)行修復(fù)。該充氣臂可以進(jìn)入人類難以進(jìn)入的地方，穿過狹窄的孔口，危險的環(huán)境中能夠躲避關(guān)鍵障礙。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型無孔透濕TPU薄膜的制備及其服用性能研究[J]. 汪勝,孫儉,劉德堯,李敏超. 化工新型材料. 2019(01)
[2]航天器結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來展望[J]. 王惠芬,楊碧琦,劉剛. 材料導(dǎo)報. 2018(S1)
[3]TPU在三大領(lǐng)域取代PVC的可能性[J]. 聚氨酯. 2015 (04)
[4]庫卡推出首款輕型人機協(xié)作機器人LBR iiwa[J]. 欣迪. 汽車與配件. 2014(45)
博士論文
[1]氣動肌肉驅(qū)動的仿青蛙跳躍機器人及其關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 仲軍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
碩士論文
[1]隨鉆鉆壓、扭矩工程參數(shù)測量方案研究[D]. 趙亮.中國石油大學(xué)（北京） 2017
[2]基于氣動肌肉的雙向力反饋數(shù)據(jù)手套的研究[D]. 繆小冬.南京理工大學(xué) 2009
本文編號：3583198
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：86 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
Gicometti充氣臂
圖 1-6 CMU 充氣型機械臂臂給出一個可充氣的聯(lián)合角度估計，在圖描述電機軸角和充氣關(guān)節(jié)角之間的簡只提供臂桿所需拉力，不能支撐收縮載會導(dǎo)致充氣關(guān)節(jié)發(fā)生非期望形變，針對同時在兩個關(guān)節(jié)連接處設(shè)置飛思卡爾壓關(guān)節(jié)角度，通過三次多項式擬合后得到壓力測量估算方式可以將充氣臂的分辨還給出了一個末端執(zhí)行器的接觸方案，接觸能力，具體方式為比較透射圖和壓如下： 2 22 21=0，if，if T PthT Pth發(fā)生了接觸， = 時表示沒有接觸，程如圖 1-7 所示，該檢測方案能夠成功
00.40.21 2 3 4 5Time(s)Contact圖 1-7 CMU 充氣臂外部接觸檢測法國原子能協(xié)會（Atomic EnergyCommission, CEA）設(shè)計了一款用于鉸鏈遠(yuǎn)程機器人手臂的新型充氣式執(zhí)行器[12]，是利用腱繩拉動布置在臂桿氣球上的滑輪關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)如圖 1-8(a)所示，該充氣機械臂長為 3m，重量為 500g。此外，原子能協(xié)會還利用安裝在臂桿褶皺中的止動銷約束關(guān)節(jié)中間弧線的長度，利用腱動關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，止動銷的利用大大增加了機械臂的整體重量。利用腱繩傳動的最大就是當(dāng)臂桿拓展到一定長度之后，由于腱驅(qū)動的摩擦力，拉力很難傳遞到頂端臂然，在人類難以達(dá)到的偵查探測環(huán)境中，使用腱繩驅(qū)動不能較好的控制機械臂CEA 近期也研制了一種放置于臂桿內(nèi)部的拮抗式氣囊驅(qū)動器，該驅(qū)動器也是通囊伸縮拉動繩索驅(qū)動關(guān)節(jié)進(jìn)行拉動，如圖 1-8 所示。該結(jié)構(gòu)解決了利用腱繩遠(yuǎn)距動摩擦較大的問題，但缺點是檢修困難，機械臂驅(qū)動一旦出現(xiàn)故障，只能破壞臂出驅(qū)動器進(jìn)行修復(fù)。該充氣臂可以進(jìn)入人類難以進(jìn)入的地方，穿過狹窄的孔口，危險的環(huán)境中能夠躲避關(guān)鍵障礙。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]新型無孔透濕TPU薄膜的制備及其服用性能研究[J]. 汪勝,孫儉,劉德堯,李敏超. 化工新型材料. 2019(01)
[2]航天器結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用現(xiàn)狀與未來展望[J]. 王惠芬,楊碧琦,劉剛. 材料導(dǎo)報. 2018(S1)
[3]TPU在三大領(lǐng)域取代PVC的可能性[J]. 聚氨酯. 2015 (04)
[4]庫卡推出首款輕型人機協(xié)作機器人LBR iiwa[J]. 欣迪. 汽車與配件. 2014(45)
博士論文
[1]氣動肌肉驅(qū)動的仿青蛙跳躍機器人及其關(guān)鍵技術(shù)的研究[D]. 仲軍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2016
碩士論文
[1]隨鉆鉆壓、扭矩工程參數(shù)測量方案研究[D]. 趙亮.中國石油大學(xué)（北京） 2017
[2]基于氣動肌肉的雙向力反饋數(shù)據(jù)手套的研究[D]. 繆小冬.南京理工大學(xué) 2009
本文編號：3583198
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