柔性齿条式变刚度关节驱动器设计与研究

关节驱动器对于提升机器人环境适应能力和降低能量消耗具有重要意义。设计并实施一种柔性齿条式变刚度关节驱动器,能够根据任务需要,实时调节关节刚度。详细阐述关节驱动器的变刚度原理,详细展示该关节驱动器的机械结构。建立柔性齿条式关节驱动器的静力学模型,推导关节刚度与调整位移之间的理论关系式。完成了软件仿真和系统试验,验证了本方案的可行性。柔性齿条式变刚度关节驱动器能够有效缩小驱动器的整体体积,同时具有较大的刚度调整范围以及较短的刚度调节时间。

仿生关节驱动器动力学分析

传统的"电机+转换机构"及改良电机的关节运动实现方式,难以满足现代关节应用工程对关节运动越来越高的性能要求。本文模拟生物关节简洁紧凑的结构和肌肉纤维收缩联合式驱动机理,建立一个仿生关节驱动器;重点解决仿生关节驱动器的结构优化仿生设计和动力学仿真,分析仿生关节驱动器在空载情况下的运动形式、动力学性能和接触力。仿真结果表明:仿生关节驱动器具有优秀的运动和驱动性能,可望解决未来机器人、主动假肢、仿生机器、探测操纵装备等高新应用工程对高性能关节驱动器的需求。

基于GMM的关节驱动器部件设计与研究

以超磁致伸缩材料(GMM)为动力源,设计了一种机器人关节驱动器。通过GMM在机器人关节驱动器上的应用特性,研究了GMM的工作原理及工作能力,对其工作性能进行了试验验证。根据杠杆原理分别对关节驱动器上的差动式微位移放大机构和直线运动与旋转运动的转换机构进行结构设计,并对转子的强度基于ANSYS进行了有限元计算。研究解决了仿生微型机械中长期存在的驱动机构质量较大的问题,为其他相关动力驱动机构的设计提供了一种可靠的思路与方法。

基于Bouc-Wen修正模型的柔性关节驱动器迟滞建模

为了研究柔性关节驱动器输出力的迟滞影响,提高力控制精度,构建了柔性关节驱动力的迟滞实验台,提出柔性关节驱动器输出力的Bouc-Wen修正方法对力迟滞进行精确建模,并通过龙格-库塔-费尔贝格算法对BoucWen修正模型进行参数辨识.在Bouc-Wen模型的基础上,引入具有方向性的修正项,克服柔性关节驱动器的输出力-转角迟滞的非对称性.利用关节驱动器在60、80、100、120 kPa充气压力下的力迟滞实验数据,建立Bouc-Wen修正模型.在70、90、110 kPa充气压力下,将Bouc-Wen修正模型所预测的柔性关节力迟滞曲线与经典Bouc-Wen模型以及实验曲线进行对比.结果表明所提出的力迟滞Bouc-Wen修正模型,在各充气压力下的最大相对误差仅为7.75%,平均偏差小于0.45 N,模型拟合优度大于0.99.说明所提出的Bouc-Wen修正模型能够对柔性关节驱动器的力迟滞进行准确建模,为力闭环控制提供基础,也为其他超弹性材料柔性驱动器的迟滞建模提供参考方法.

拮抗变刚度关节驱动器设计与特性分析

机器人关节驱动器是人机交互运动得以实现的关键。为使服务机器人更好地完成与人之间的交互,根据仿生拮抗驱动原理,设计了一种主动变刚度的柔顺关节驱动器。同时建立了变刚度驱动器的数学模型,借助MATLAB软件分析,得到了变刚度驱动器静载下的静态刚度曲线,结果表明该关节驱动器具有良好的变刚度特性和安全性。此外,结合ADAMS虚拟样机和实物样机实验平台,分析了转角差δ=0°和δ=15°时小球的平抛情况,实验结果表明驱动器具有良好的储能特性和安全性。

形状记忆合金小型双关节驱动器研究

形状记忆合金作为一种新型的智能材料,具有独特的形状记忆效应,在机器人关节驱动中受到极大的关注。文中在前人研究的基础上,运用有限元与试验的方法初步探讨了形状记忆合金小型双关节驱动器。主要研究内容有以下两个方面:首先,设计了一种新型的形状记忆合金单关节驱动器和一种形状记忆合金小型双关节驱动器作为仿生水下驱动器的关节模型。主要探讨了形状记忆合金小型双关节驱动器模型,从静力学和动力学两个角度论证所设计的形状记忆合金小型双关节驱动器模型的可行性。其次,对双关节的形状记忆合金小型驱动器在空气环境中进行试验研究,测试在不同加热电流幅值和不同冷却方式下的形状记忆合金小型双关节驱动器的摆动周期和偏转角度。

液压足式机器人关节驱动器的设计、建模与实验

设计了一种具有多重密封的旋转液压关节驱动器.首先,根据设计需求,对关节驱动器和动密封的结构进行参数设计;然后,对驱动器进行数学建模,得到关节驱动器电液位置伺服系统的传递函数,对系统进行稳定性分析,得到系统幅值裕量22. 3 d B,相位裕量88. 4°,对系统的极点进行分析,简化系统的传递函数和进行理论最佳PID参数设计;最后,对关节驱动器进行关节驱动系统的性能测试与验证实验.实验中测试了关节驱动器的带宽、密封效率以及悬吊和着地条件下步行实验的效果,实验结果表明,在额定压强10 MPa下系统带宽可达5. 6 Hz,驱动器的密封效率在70%以上.因而本设计的关节驱动器具有较大的带宽,良好的密封效果,可满足足式机器人高速步行的需求.

新型人工关节驱动器材料研究

较之传统的气动驱动器、形状记忆合金及压电陶瓷,电致活性聚合物(EAPs),特别是介电弹性体(DE)已经表现出众多优点。介电弹性体在外电场作用下变形大且性能与生物肌肉类似,在人工关节驱动器领域具有极大应用潜力。本文主要介绍介电弹性体在电场驱动下响应的基本原理及特性,将介电弹性体与生物肌肉进行比较,研究介电弹性体性能参数,以用于指导介电弹性体驱动器的设计。

含弹性环的机器人关节变刚度驱动器设计分析

针对机器人与人共享工作环境所带来的人机交互安全问题及工作能耗大、效率低等问题,提出了一种含有弹性环的机器人关节变刚度驱动器;运用解析法分析了弹性环的刚度特性,得到其理论最大偏转角为1.5°;通过碰撞和抛球实验验证了所设计的关节驱动器的实际缓冲和储能效果;结果表明:所设计的含有弹性环的机器人关节变刚度驱动器具有良好的吸收冲击的能力,最大偏转角约为1.7°,可有效保护碰撞发生时的人机安全。同时,储能效果明显,可提高能量使用效率。

空间机器人单关节余度驱动器设计

空间机器人和工业机器人相比,在可靠性和安全性方面要求更高,在空间机器人的各个组成部件中,关节驱动器对空间机器人的工作安全可靠性起着关键性的作用,为了提高空间机器人的安全可靠性,在关节驱动方案上采用了余度管理技术,设计了一种双余度关节驱动器。并对空间机器人单关节关节驱动器的总体结构、控制器的硬件原理和组成,软件部分中的余度管理模块、初始化模块和错误检测处理等模块进行了详细介绍。通过开发的试验界面对其进行测试表明,该双余度关节驱动器出现故障时,余度切换准确、迅速,可靠性提高。

变刚度关节驱动器动力学特性的分析与研究

提出了一种以板簧为弹性元件、以螺旋盘为刚度调节机构的变刚度关节驱动器,研究了该关节驱动器的刚度调节特性.建立了包括电机、同步带及谐波减速器的柔顺性和摩擦特性的动力学模型.通过位置阶跃和击球实验验证了动力学模型的正确性.研究表明变刚度关节驱动器的爆发性不仅与关节刚度有关,还与能量释放的时机有关,为提升机器人与人的交互作业的动态特性提供了理论依据.

电机驱动型两栖仿生机器蟹步行腿研究

针对仿生机器蟹的结构特性及其微型伺服电机的功能特性设计需要,在对仿生机械运动学特性分析的基础上,给出了一种采用微型直流伺服电机驱动的仿生机器蟹步行腿设计,得出了优化结构参数,并应用实际系统设计;同时给出了基于三闭环控制框架的关节电机驱动控制方法,提出了多关节驱动系统控制结构。通过计算分析验证了结构的合理性和控制的可行性。

仿生机器蟹步行腿结构设计及运动学、动力学分析

仿生机器蟹是一种采用微型直流伺服电机驱动的仿生步行机器人,本文详细介绍了机器蟹步行腿设计及其运动学分析、动力学分析。在对仿生机器蟹运动学特性分析的基础上得出优化结构参数,并应用于实际系统设计。同时利用先进的动力学仿真软件建立了仿生机器蟹三维仿真模型,仿真结果验证了运动学和动力学数学建模的正确性,及结构设计的可行性。

机械手的运动学最短时间轨迹规划

用相平面分析法,解决了在有最大关节速度和加速度限制的条件下使机械手以最短时间沿指定空间道路运动的轨迹规划问题。以PUMA-560前3个关节为对象给出了仿真结果。

仿生机器蟹步行腿结构设计及运动学、动力学分析

本文介绍了一种采用微型直流伺服电机驱动的仿生机器蟹步行腿设计及其运动学、动力学分析.在对仿生机器蟹运动学特性分析的基础上得出优化结构参数,并应用于实际系统设计.同时利用先进的动力学仿真软件建立了仿生机器蟹三维仿真模型,仿真结果验证了运动学和动力学数学建模的正确性,及结构设计的可行性.