步行機(jī)器人彈性驅(qū)動(dòng)器動(dòng)力學(xué)及驅(qū)動(dòng)特性研究.pdf

1、本課題來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目。機(jī)器人腿部驅(qū)動(dòng)裝置的發(fā)展遠(yuǎn)落后于當(dāng)今世界機(jī)器人工作的未知復(fù)雜環(huán)境這一特殊的發(fā)展要求,本論文以設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)未知環(huán)境高度適應(yīng)、性能可靠和靈活運(yùn)動(dòng)能力極強(qiáng)的機(jī)器人及假肢所需要的彈性驅(qū)動(dòng)器為目標(biāo),并對(duì)彈性驅(qū)動(dòng)器的機(jī)械本體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)模型及仿真進(jìn)行了研究。
　　 本文從仿生學(xué)的角度出發(fā),根據(jù)動(dòng)物腿部肌肉的特性,結(jié)合傳統(tǒng)的無(wú)阻尼彈性驅(qū)動(dòng)器的原理,提出了有阻尼圓筒式彈性驅(qū)動(dòng)器模型,設(shè)計(jì)了一個(gè)更接近肌肉性能的彈性

2、驅(qū)動(dòng)器。建立了無(wú)阻尼和有阻尼彈性驅(qū)動(dòng)器的動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)這兩種機(jī)械結(jié)構(gòu)形式的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析,有阻尼彈性驅(qū)動(dòng)器在輸出過(guò)程中,可以根據(jù)負(fù)載力的大小被動(dòng)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)剛度和壓縮速度,更好地模擬動(dòng)物肌肉運(yùn)動(dòng)的特性。
　　 結(jié)合傳統(tǒng)的無(wú)阻尼彈性驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了一種有阻尼圓筒式彈性驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。根據(jù)機(jī)器人腿部指標(biāo)的要求,計(jì)算出了彈性驅(qū)動(dòng)器所需彈簧的總體剛度為25N/mm,介紹了有阻尼驅(qū)動(dòng)彈性驅(qū)動(dòng)器各組成部件的選取原則。對(duì)兩種彈性驅(qū)動(dòng)器的關(guān)

3、鍵零件進(jìn)行了有限元結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析,并對(duì)彈性驅(qū)動(dòng)器硬件控制電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。
　　 利用dSPACE對(duì)彈性驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行了分析。首先,通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到彈性驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的阻尼系數(shù)約為0.1Ns/mm;其次,通過(guò)不同帶寬仿真和實(shí)驗(yàn)得到阻尼系數(shù)在0～0.2Ns/mm之間,阻尼系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)不僅得到了驅(qū)動(dòng)器本身的阻尼系數(shù)而且還驗(yàn)證了不同帶寬跟隨特性和驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)方法的可行性,這為以后深入研究彈性驅(qū)動(dòng)器以及有阻尼彈性驅(qū)動(dòng)器阻尼系數(shù)的選取提供了依據(jù)。