本文關(guān)鍵詞：可變剛度仿生關(guān)節(jié)的研究與設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：服務(wù)型機(jī)器人被要求能夠完成各種各樣復(fù)雜的任務(wù),且在其與人類進(jìn)行交互時(shí)能夠確保人類和機(jī)器人自身的安全。通過(guò)在機(jī)器人關(guān)節(jié)上安裝非線性彈性元件可以改變關(guān)節(jié)的剛度,這種基于機(jī)械系統(tǒng)的柔順性在碰撞發(fā)生時(shí)可以避免主動(dòng)安全因需要傳感器而產(chǎn)生的反饋速度慢、經(jīng)濟(jì)性差等缺點(diǎn)。在基于并聯(lián)對(duì)抗驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)中選擇合適的變剛度單元來(lái)實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)剛度特性的改變非常重要。本文對(duì)基于并聯(lián)對(duì)抗驅(qū)動(dòng)的變剛度肘關(guān)節(jié)進(jìn)行了深入的研究,主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：1、研究了現(xiàn)有變剛度裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)及變剛度原理,確定了所要采用的變剛度方案并根據(jù)人類肘關(guān)節(jié)的動(dòng)作特點(diǎn)采用基于并聯(lián)對(duì)抗驅(qū)動(dòng)的肘關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)方式。2、給出了幾種使用線性彈簧與非線性機(jī)械裝置相結(jié)合的變剛度裝置示意圖,分析了它們各自產(chǎn)生可控的非線性的原理并推導(dǎo)了相關(guān)公式。3、利用MATLAB實(shí)現(xiàn)了變剛度單元變剛度性能及相關(guān)改進(jìn)型變剛度單元性能的分析,最終決定采用等腰鈍角三角型變剛度、S型與曲柄滑塊壓簧相配合變剛度以及曲柄滑塊變剛度這三種變剛度方式進(jìn)行外力沖擊作用下的動(dòng)態(tài)分析。4、采用機(jī)械動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS完成了變剛度單元的建模及虛擬肘關(guān)節(jié)的建立,進(jìn)行了相關(guān)剛度曲線特性的仿真分析。研究了串聯(lián)兩種不同變剛度單元的虛擬關(guān)節(jié)及曲柄滑塊變剛度關(guān)節(jié)在受到重物沖擊時(shí)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角和受力情況,證明了可變剛度肘關(guān)節(jié)能夠有效吸收外界沖擊,并且串聯(lián)有S型變剛度單元的關(guān)節(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)器人本身更好的保護(hù)。5、使用三維建模軟件CATIA完成了相關(guān)變剛度單元及仿人肘關(guān)節(jié)的建模。通過(guò)更改關(guān)節(jié)中使用的線性彈簧的剛度便可以改變肘關(guān)節(jié)帶負(fù)載能力的大小及其相關(guān)動(dòng)力學(xué)性能。
【關(guān)鍵詞】：變剛度 仿生關(guān)節(jié) 非線性 對(duì)抗驅(qū)動(dòng) ADAMS仿真
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：R318.1;TB17
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-18
• 1.1 課題研究意義10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-16
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3 本文的研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)16-18
• 1.3.1 論文的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)16-17
• 1.3.2 論文的組織結(jié)構(gòu)17-18
• 第2章 變剛度方案選擇18-26
• 2.1 引言18
• 2.2 人類關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)方式18-19
• 2.3 仿生機(jī)器人關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)方式19-24
• 2.3.1 改變不規(guī)則彈性元件的有效工作位置19-20
• 2.3.2 改變彈性元件的有效工作長(zhǎng)度20-22
• 2.3.3 改變有效工作位置22-24
• 2.3.4 線性彈簧與非線性裝置相結(jié)合24
• 2.3.5 其他方法24
• 2.4 變剛度方案選擇24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 幾種典型變剛度裝置的變剛度原理分析26-36
• 3.1 引言26
• 3.2 三角型變剛度26-29
• 3.3 S型變剛度29-32
• 3.4 曲柄滑塊變剛度32-35
• 3.5 本章小結(jié)35-36
• 第4章 變剛度結(jié)構(gòu)選擇36-48
• 4.1 引言36
• 4.2 三角型變剛度特性分析36-40
• 4.3 S型變剛度特性分析40-46
• 4.3.1 S型與扭簧配合的變剛度特性分析40-42
• 4.3.2 S型與曲柄滑塊壓簧配合的變剛度特性分析42-46
• 4.4 曲柄滑塊變剛度特性分析46-47
• 4.5 本章小結(jié)47-48
• 第5章 變剛度單元ADAMS仿真及肘關(guān)節(jié)三維建模48-74
• 5.1 引言48
• 5.2 ADAMS簡(jiǎn)介48-49
• 5.3 變剛度單元建模49-55
• 5.3.1 離散法建立柔繩49-52
• 5.3.2 部件間約束及載荷的添加52-55
• 5.4 變剛度單元ADAMS仿真55-60
• 5.4.1 鈍角三角型變剛度單元仿真55-57
• 5.4.2 與扭簧配合的三角型變剛度單元仿真57-59
• 5.4.3 與曲柄滑塊和拉簧配合的S型變剛度單元仿真59-60
• 5.5 關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)ADAMS仿真60-70
• 5.5.1 使用鈍角三角型變剛度單元的關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)60-64
• 5.5.2 使用S型變剛度單元的關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)64-66
• 5.5.3 使用曲柄滑塊變剛度的關(guān)節(jié)剛度調(diào)節(jié)66-70
• 5.6 肘關(guān)節(jié)三維建模70-73
• 5.7 本章小結(jié)73-74
• 第6章 結(jié)論與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74
• 6.2 展望74-76
• 參考文獻(xiàn)76-82
• 致謝82-84
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的科研成果84

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