拮抗變剛度柔順驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、工業(yè)機(jī)器人伴隨著人類提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)負(fù)擔(dān)的需要而誕生，隨著人類生活水平的提高，希望機(jī)器人能夠走進(jìn)人們的生活中，給日常的生活和娛樂(lè)注入新的元素。然而在機(jī)器人進(jìn)入到日常家庭之前，一直有幾個(gè)重要的難題橫亙?cè)诿媲?，那就是機(jī)器人在與人交互過(guò)程中存在的安全性、與周?chē)h(huán)境的適應(yīng)性以及工作中能量利用率的問(wèn)題。關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器是機(jī)器人運(yùn)動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)的主要功能部件，是解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵。關(guān)于驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)，目前尚未有一個(gè)切實(shí)有效的，且適用性強(qiáng)的柔順驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方

2、法；生物骨骼肌驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢(shì)，本文基于仿生拮抗柔順驅(qū)動(dòng)的原理分析設(shè)計(jì)了一種變剛度柔順關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器，并從驅(qū)動(dòng)器剛度特性的角度對(duì)驅(qū)動(dòng)器的安全性等問(wèn)題進(jìn)行分析研究，具體工作內(nèi)容如下：
　　首先，簡(jiǎn)單介紹了柔順驅(qū)動(dòng)器概念，對(duì)驅(qū)動(dòng)器柔順功能的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了歸納和分類，并對(duì)國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了概述，列舉分析了具有代表性的拮抗變剛度柔順驅(qū)動(dòng)器模型。
　　其次，基于拮抗變剛度驅(qū)動(dòng)的機(jī)理，確立了驅(qū)動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)方案；進(jìn)一步分析了驅(qū)動(dòng)器剛度形

3、成原理，在此基礎(chǔ)上建立了驅(qū)動(dòng)器剛度的數(shù)學(xué)模型；基于MATLAB數(shù)學(xué)分析工具，用變量控制法對(duì)影響該驅(qū)動(dòng)器靜態(tài)剛度特性的影響因素進(jìn)行了理論分析，并結(jié)合設(shè)計(jì)指標(biāo)給出樣機(jī)設(shè)計(jì)指導(dǎo)參數(shù)。
　　再次，根據(jù)通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、同步帶傳動(dòng)、彈性元件等的設(shè)計(jì)計(jì)算與驗(yàn)算，選定了RX-28等主要部件；依據(jù)帶傳動(dòng)與張緊裝置的相關(guān)參數(shù)，建立了拮抗驅(qū)動(dòng)器剛度的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型；在此模型的基礎(chǔ)上分析了驅(qū)動(dòng)器的空載靜態(tài)剛度特性和靜載靜態(tài)剛度特性，得到了驅(qū)動(dòng)器靜態(tài)下剛度性

4、能。
　　然后，運(yùn)用拉格朗日法對(duì)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析，得到了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程；與此同時(shí)，還分別建立了拮抗SEA模型和驅(qū)動(dòng)電機(jī)的數(shù)學(xué)模型；在此基礎(chǔ)上，于Simulink中分別建立仿真模型。
　　最后，就拮抗驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了控制分析，結(jié)合PID控制方法，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的位置控制、剛度控制、位置-剛度解耦控制等策略進(jìn)行了研究；在Simulink中設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)上述控制策略下的驅(qū)動(dòng)器動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究，結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)器可有效的跟蹤正弦波，具備