基于介電型EAP的多連桿繩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人研究.pdf

1、介電型EAP（Electro-active Polymer）作為一種新興的智能材料，具有質(zhì)量輕、應(yīng)變大、能量密度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，其綜合性能與生物肌肉相似。將介電型EAP應(yīng)用于繩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人研究，模仿生物的肌肉骨骼系統(tǒng)，為并聯(lián)機(jī)器人提供了一種新的驅(qū)動(dòng)形式，在仿生機(jī)器人領(lǐng)域有重要的研究價(jià)值。
　　設(shè)計(jì)了一種多連桿繩驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人，由三根串聯(lián)的剛性連桿和十二根并聯(lián)布置的驅(qū)動(dòng)繩組成。對其運(yùn)動(dòng)學(xué)雅克比矩陣進(jìn)行了推導(dǎo)，根據(jù)幾何條件得到了位

2、置反解。利用各級連桿相對于慣性坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)矩陣的正交特性以及每根驅(qū)動(dòng)繩的約束條件建立非線性方程組，對該并聯(lián)機(jī)器人位置正解進(jìn)行了推導(dǎo)。
　　結(jié)合介電型EAP的電致形變原理和繩驅(qū)動(dòng)機(jī)器人的工作特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種卷繞式驅(qū)動(dòng)器。通過改進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)，獲得了較好的輸出性能和良好的工作穩(wěn)定性。建立驅(qū)動(dòng)器EAP膜幾何模型和平衡方程，聯(lián)立本構(gòu)方程和邊界條件進(jìn)行求解，得到其理論輸出位移和輸出力，與實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù)對比，就相關(guān)影響因素進(jìn)行分析。
　　將

3、卷繞式驅(qū)動(dòng)器作為驅(qū)動(dòng)單元，實(shí)現(xiàn)了一種基于介電型EAP的繩驅(qū)動(dòng)并聯(lián)關(guān)節(jié)。根據(jù)并聯(lián)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，搭建測試平臺，采用PID控制算法，編寫運(yùn)動(dòng)控制和數(shù)據(jù)采集程序，實(shí)現(xiàn)了對并聯(lián)關(guān)節(jié)的控制和監(jiān)測。
　　測試該并聯(lián)關(guān)節(jié)對階躍和正弦電壓激勵(lì)信號的響應(yīng)。對系統(tǒng)的開環(huán)響應(yīng)曲線進(jìn)行擬合，利用最大切線法和ZN經(jīng)驗(yàn)法整定PID控制器的參數(shù)，對并聯(lián)關(guān)節(jié)末端進(jìn)行點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制。根據(jù)并聯(lián)關(guān)節(jié)的確定位姿和輸出力，通過驅(qū)動(dòng)器的機(jī)電耦合特性、并聯(lián)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及