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。     

服务机器人变刚度关节驱动系统设计

针对现代服务机器人安全性、环境适应性和能量利用率等问题,提出了一种可变刚度的关节驱动系统,该系统利用一种并联且具有特殊几何结构的平面扭簧作为弹性模块以实现其变刚度特性。分析了平面扭簧的刚度特性,通过对平面扭簧的结构特点及其力学特性的分析,建立了扭簧刚度与偏转角度及扭簧刚度与预紧量之间的关系,为关节驱动系统的性能优化提供了理论依据。仿真结果表明,所用平面扭簧偏转角度约为7°,刚度变化范围大,能够满足服务机器人关节刚度需求。该系统既保留了刚度可变的特性,又减少了弹性模块所占的空间体积,并大大简化了系统的结构,便于维护。     

含弹性杆件的并联机器人刚度分析

通过分析包含弹性杆件的并联机器人的刚度系数的性质,计算了机器人在各方向上的刚度,绘制了最小刚度系数的变化曲线,研究了刚度与奇异位形、机器人的固有频率及弹性振动振幅的关系.计算实例表明,刚度系数和奇异位形、机器人的固有频率有密切的联系,可用于预测含弹性杆件的并联机器人的弹性动力学特性和响应,不需要进行弹性动力学计算,计算时间节省94%.     

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。     

仿生跳跃机器人气动串联弹性关节的位置/刚度控制

设计了一种气动人工肌肉驱动的串联弹性关节,基于气动人工肌肉Chou模型,建立了串联弹性关节的动力学模型,推导出关节刚度,获得了关节刚度与肌肉内部气压、弹性体刚度的关系.设计反向传播(back propagation,BP)神经网络整定PID参数的BP-PID控制算法,开展了气动串联弹性关节的位置与刚度控制研究.仿真结果...     

基于永磁弹簧的变刚度关节驱动器设计

提出一种基于永磁弹簧的变刚度机器人关节驱动器,采用蜗轮、蜗杆驱动绳索调整永磁弹簧气隙间距,实现驱动器变刚度控制;分析基于绳索-永磁弹簧组的关节驱动器变刚度原理并进行结构设计,对变刚度收线蜗轮、蜗杆结构参数进行设计计算.     

基于曲柄滑块机构变刚度关节的设计与分析

为了解决人机交互中的物理接触带来的刚性碰撞和安全隐患问题,以机器人关节模块为出发点,提出了一种新型变刚度关节。设计了变刚度关节的曲柄滑块刚度调节机构,分析了变刚度原理,建立了数学模型,搭建了样机,分别就关节刚度与关节偏转角度、板簧有效长度、调节机构输入角等参数关系进行了实验分析。实验证明,该方案可实现关节刚度的调节。     

基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节设计与分析

为满足足式机器人跑跳等动态运动对关节柔性及其变刚度特性的迫切要求,借鉴生物关节柔性特征与主被动刚度调节机理,创新地提出了一种基于凸轮机构的新型变刚度仿生柔性关节。基于关节刚度特性分析,构建了关节整体刚度模型,并针对影响关节刚度特性的各结构参数开展了系统优化设计,研制出了一款紧凑型高集成度关节样机。关节样机性能实验结果表明,基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节具备理想的关节输出力矩与刚度调节范围,可通过关节固有刚度特性与动态刚度特性的主被动融合控制,实现关节瞬时刚度的动态非线性精确调节,能够满足机器人动态运动对关节柔性与刚度的需求。     

一种旋转型机器人柔性关节设计与分析

通过对人类膝关节柔性产生机理研究,仿照动物关节肌肉-肌腱组织设计出一种适用于电机驱动的旋转型柔性关节。通过研究对比旋转型SEA（series elastic actuator）与直线型SEA机构特点,提出一种由8个压缩弹簧协同组成的柔性输出机构,并建立柔性输出机构刚度模型,确立了弹性元件参数与柔性关节等效刚度的数学关系。在此基础上,对柔性关节整体进行紧凑化设计,电机、减速器、柔性输出机构集中安装于关节部位,使柔性关节模块化、通用性强。通过对该柔性关节软件仿真及关节样机测试,验证了关节抗冲击能力和柔性输出能力可以满足柔性关节型机器人对柔性关节的应用需求。     

整体弹性关节刚度系数的计算

导出了整体弹性关节旋转和拉伸刚度系数的计算公式,为微型或纳米运动机构设计及其动力学研究提供了基本工具。     

一种检测用可变刚度连续型机器人设计

设计一种新型结构的连续型机器人.该机器人以螺旋弹簧为主干,采用线驱动的方式,可实现平面内单自由度弯曲.通过建立机器人运动学模型,得到驱动线位移-柔性关节弯曲角度的对应关系.提出一种通过改变驱动线张力实现连续型机器人变刚度的方案,对柔性关节分别建立力学模型和Adams模型,进行理论和仿真分析,通过实验对所提出的运动学模型...     

磁致变刚度原理的气动软体致动器设计与试验

软体机器人友好的人机交互特性使其在柔性抓取、生物医疗等领域有着广泛的应用前景。针对软体机器人“柔有余而刚不足”的缺陷,提出了一种具有快速、可逆变刚度能力的磁气混合驱动软体致动器。基于磁流变效应,设计了以磁流变弹性体材料作为基体的单自由度纤维增强型磁气混合软体致动器,并给出了软体致动器的浇注制造工艺。构建了磁-力耦合模型,分析磁流变弹性体中的刚度影响关系。基于自主开发的刚度测试平台,试验结果表明：设计开发的软体致动器可以在气压和磁场作用下实现可变刚度混合驱动,通过增加磁场强度可以明显提升软体致动器的刚度,最高可提高约40%。软体致动器末端位置控制实验结果表明：通过磁场激励作用,可将软体致动器携带负载的位姿保持能力提高1.4倍,具有动载荷下的位置保持驱动能力,调节响应时间小于1.5 s。     

基于堵塞原理的变刚度软体机器人设计与试验

软体机器人运动时具有高柔性,执行任务时又能展示出强刚度,在军事侦察、灾难救援等复杂环境探索与检测方面具有重要的应用价值。结合主动驱动的网络气动结构与被动驱动的堵塞机构的优势,提出实时变刚度的软体驱动器,研究其变刚度机理和动态建模方法。首先,提出了气动-堵塞机构耦合的软体驱动器模型;其次,利用赫兹接触模型,建立机器人运动数学模型,从理论上研究其变刚度形成机理;再次,利用有限元对气动驱动结构进行分析,研究空腔内压强、形状和大小对软体机器人弯曲角度的影响,并进行了优化;最后,制作了变刚度软体机械臂样机,验证了软体驱动器的变刚度性能与运动性能。该研究有望为变刚度软体机器人设计与刚度调控提供新的理论和技术支持。     

振动台固频调谐的弹性支承变刚度装置结构设计计算

介绍了振动台固频调谐的弹性支承变刚度装置结构设计及传动计算。采用阿线盘传动特性实现三个移动支座定心同步径向移动,以同步改变三根弹性支承梁悬伸量而达到调频的目的。通过变刚度装置结构方案、弹性支承梁尺寸和阿线盘传动动力等设计计算和样机试验,固频调谐效果显著;弹性支承调节为50-300mm时,能保证系统固频在10-120Hz内调谐,具有较好的实用价值。     

新型带限位元件的非线性隔振器设计及应用

针对传统的隔振器在解决负荷随转速变化的静压泵支撑基础的过度倾斜问题,采用理论分析和数值计算的方法,根据实际工程应用对象和避免共振的技术要求,设计了一种新型带限位元件的非线性变刚度隔振器,对其隔振效率进行了仿真分析和理论推导。通过试制新型隔振器并进行了安装测试实验,结果表明,新设计的隔振器隔振效率略高于原隔振器,静压泵的支撑基础基本处于水平位置,提高了系统的稳定性,且静压泵支撑基础的水平误差可通过调节隔振器的限位间隙来保证,具有实际工程应用价值。     

一种流体驱动式模块化软体仿生象鼻关节变刚度结构设计及仿真分析

在兼顾软体抓持装置顺应性的前提下,为进一步提升其承载能力,提出一种采用磁流变液变刚度控制的流体驱动式模块化软体仿生象鼻机构。建立了仿生象鼻关节变形量和刚度理论数学模型;利用有限元分析方法基于Yeoh模型对不同结构参数的仿生象鼻关节进行了变形仿真分析,在相同压力下优选出了变形量最大的模型结构和确定了最佳输入气体压力值;对关节变形后两端电磁铁的叠加磁场分布进行了有限元仿真,通过分析磁场分布均匀性初步确定了两端电磁铁形成磁场的最佳距离即关节长度;最后对不同长度关节进行了变形仿真分析,综合考虑磁场分布均匀性和变形量,通过两者的最优组合确定最终关节长度,验证了仿生象鼻的多自由度变形和可变刚度特性。     

一种结构解耦型变刚度驱动软体手抓握能力分析

为了实现变刚度驱动软体手的精确抓取,设计了一款结构解耦型的变刚度驱动(变刚度与变形驱动)软体手指。建立了软体手指的指尖力模型,并计算了手指指尖力,将实验测试的手指指尖力数据与计算结果进行比较,证明了手指指尖力模型在一定精度范围内能够预测手指的抓握行为。基于软体手指的指尖力模型对软体手的结构尺寸进行设计,并根据设计的软体手进一步研究指腹的抓握能力,通过仿真与实验的相互印证得到了软体手指腹抓取的抓握力模型。仿真和实验结果表明,软体手的抓握能力与手指的刚度、变形驱动能力以及软体手的抓握形态有关。     

柔性气动连续体机器人关节结构设计与运动学分析

基于气动人工肌肉和缆绳组合驱动,提出了一种三自由柔性气动连续体机器人关节,该关节具有结构紧凑、柔顺性高、控制简单等特点。通过分析该机器人关节结构特性,采用修正的D-H法,建立了其正反解运动学模型,求解了其位置运动学解和速度运动学解,通过仿真验证了关节结构的合理性和运动学方程的正确性。     

车辆金属带无级变速传动效率优化设计

论述了无级变速传动系统的基本结构,并将车载无级变速器（CVT）动力传动系统与手动变速传动效率比较。详细描述了CVT系统中各单元功率损耗的机理,介绍了通过优化变速器结构与控制策略,抛弃油泵,优化设计DNR及其它相关耗能单元等措施,以降低CVT动力传动系统中功率损耗,并将优化设计后的CVT（机械电子CVT即EM-CVT）效率与电液式CVT效率进行比较,结果验证EM—CVT在传动效率方面取得了良好的效果。优化的CVT系统对进一步降低金属带无级变速传动轿车的燃油消耗和改善尾气排放具有重要意义。