轻型机器人操作臂的模块化组合式设计方法研究

随着模块化机器人的技术日趋成熟,它的优化设计问题也越来越受到重视。以轻型串联式回转关节操作臂为研究对象,提出了一种以改变各个模块组合的方式和顺序为主的优化设计方法。该方法首先对建立所使用模块的数据库;之后基于给定DH参数生成操作臂所有可行的装配形式表示数组,并基于所建立的数据库使用拉格朗日方程法建立操作臂的显式动力学模型;最后对模块化串联操作臂的组合形式进行优化设计。给出了1个算例,对计算结果的分析证明了所提出方法的有效性。     

短筒柔轮谐波齿轮传动新设计新工艺与实验

为了提高短筒柔轮谐波齿轮传动刚度,提出了一种柔轮和刚轮采用新齿形的短筒谐波传动的设计方法. 柔轮轮齿采用双圆弧齿廓,刚轮轮齿采用具有一定倾角的共轭齿廓,从而提高轮齿的啮合面积. 提出了采用慢走丝线切割加工柔轮和刚轮轮齿的加工工艺,分别试制了刚轮有倾斜轮齿、长径比各为1/4和1/2的两种50机型短筒柔轮谐波齿轮减速器样机,并进行了刚度测试实验. 结果表明,刚轮轮齿有倾角的新型短筒柔轮谐波传动与刚轮轮齿无倾角的短筒柔轮谐波传动相比,传动刚度可提高39%以上．     

基于弹簧小车模型和预观控制的双足快速步行研究

针对机器人的滑动和滑转,补充了机器人稳定步行的修正条件;利用三阶泰勒公式引入舒适度的概念,推导出基于舒适度的ZMP公式;提出一种用于动力学分析的三维弹簧平台-小车模型,通过简化的舒适度ZMP公式推导出该模型的运动规律;基于三维弹簧平台-小车模型,结合预观控制理论生成步行样本;最后,进行了机器人虚拟样机快速步行仿真,步速达到2.088km/h。     

具有张力反馈和关节位置全闭环的挠性驱动单元性能测试

对于仿人机器人,关节采用挠性驱动方式可吸收振动,减缓冲击,以减小对双足步行的影响。为此,设计并研制FDU-II型挠性驱动单元,与FDU-I型挠性驱动单元相比,具有轻量化、有安全保护、锁紧器使用方便、刚度高、输出精度高等优点;分别进行FDU-II型挠性驱动单元的转速测试、驱动能力测试、大转角频繁往复运动测试、频响测试、机器人步行样本测试等性能测试及用于双足机器人上的步行测试试验;针对等幅值下,频率越高电动机转速越大,机械系统受电动机额定功率所限无法测出其截止频率的问题,提出一种变幅值变频率的频响测试方法,即令电动机转动频率越高时,幅值越小,保证电动机始终不超过额定功率,该方法可有效解决电动机额定功率一定情况下系统截止频率的测试问题;测试结果表明FDU-II型挠性驱动单元在负载力矩12.6 N·m时,其输出转速达到77.5o/s,且频响达到6.1 Hz,表明FDU-II比FDU-I有更高带宽及更大功率;步行试验结果表明FDU-II型挠性驱动单元有足够的驱动能力驱动双足机器人髋关节等关节,并实现稳定的双足步行。     

有挠性驱动单元的双足机器人研制与步行实验

为减缓机器人脚底冲击,设计、研制带有挠性驱动的10自由度仿人双足机器人,该机器人髋关节俯仰关节由FDU-II型挠性驱动单元驱动;搭建FDUBR-I型仿人双足机器人控制系统硬件和软件,组建上位机与两块运动控制卡的交换式以太网络用来实现上位机与运动控制卡的实时通信,该控制系统包括FDU-II型挠性驱动单元的张力反馈和关节全闭环控制子系统;进行FDUBR-I型仿人双足机器人稳定步行实验,验证FDU-II型挠性驱动单元对机器人髋关节的驱动能力以及基于黏弹性动力学模型反馈的关节全闭环和张力反馈控制器的控制效果,机器人在0.1 km/h的步速下实现双足稳定步行.     

机器人关节用挠性驱动单元研制与负载特性试验

柔性驱动应用范围越来越广泛,与刚性驱动相比,柔性驱动在吸振,减缓冲击,以及能量存储方面更有优势,因此设计一种机器人关节用模块化挠性驱动单元,其特点是采用钢丝绳导引,动滑轮组增力,模块化便于安装,挠性输出。提出基于黏弹性动力学的钢丝绳张力计算方法,该方法对于采用多级动滑轮组机构的机械系统有效,结合双足机器人步行仿真的数据进行计算,其结果用于选择挠性驱动单元中安装的张力传感器和钢丝绳。研制挠性驱动单元与加载试验装置,并搭建控制系统,通过关节编码器进行关节位置反馈,从而实现位置全闭环。加载试验与速度试验结果表明该驱动单元能够在空载情况下达到6 r/min的速度,频响为2 Hz,而在负载11.2 N·m力矩时达到5 r/min的速度,频响为1.3 Hz。     

可变幅扑翼飞行器设计及多飞行模式实现

针对目前扑翼飞行器飞行模式单一,无法灵活调整飞行姿态的问题,设计了一款可变幅扑翼飞行器,通过调节翅翼扑动幅值,实现扑翼运动姿态和飞行模式切换.建立可变幅扑翼飞行器机构运动学模型,基于Adams和Matlab进行联合仿真,对扑翼飞行器进行运动特性分析.建立多飞行模式下的气动模型,通过XFLR5软件分析可变幅扑翼飞行器的气动特性,通过设定相关参数,实现了起飞、快速飞行、慢速巡航等多种飞行模式,提高了扑翼飞行器的灵活性,为未来扑翼飞行器的进一步发展提供了研究基础.     

Controller design based on viscoelasticity dynamics model and experiment for flexible drive unit

In order to ensure that the system has the advantage of light weight and vibration absorption, the steel rope is used as a flexible transmission part. A flexible drive unit（FDU） is developed, whose features are guided by steel rope, increasing force by the movable pulley group, modular, convenient and flexible. Dynamics model for controller is deduced based on the constitutive equation of viscoelasticity. Controller is designed for position control and is based on the viscoelasticity dynamics model compensation control strategy proposed. The control system is based on the TURBO PMAC multi-axis motion control card.Prototype loading experiments and velocity experiments results show that the FDU can reach 2 Hz with no load and the max speed of 30（°）/s. The FDU has the capability of the load torque 11.2 N·m and the speed of 24（°）/s simultaneously, and the frequency response is 1.3 Hz. The FDU can be used to be the pitch joint of hip for biped robot whose walking speed is 0.144 km/h theoretically.     

机器人关节用挠性驱动单元设计与粘弹性动力学建模

设计一种钢丝绳传动、动滑轮组增力的机器人关节用模块化挠性驱动单元,其特点是轻型小巧、安装方便、双向驱动、挠性输出.基于粘弹性本构关系推导该驱动单元动力学模型,并给出算例.提出一种三维相对可变多义线建立"钢丝绳一动,滑轮"系统的方法,利用该方法在动力学仿真软件下建立驱动单元模型,并以双足步行机器人2 km/h步速下髋关节侧偏自由度正常步行一步的样本为依据进行动力学仿真.结果表明该驱动单元能有效应用于机器人,为后续试验奠定理论依据.