步行機器人彈性驅(qū)動器動力學及驅(qū)動特性研究.pdf

1、本課題來源于國家自然科學基金項目。機器人腿部驅(qū)動裝置的發(fā)展遠落后于當今世界機器人工作的未知復雜環(huán)境這一特殊的發(fā)展要求,本論文以設計一個對未知環(huán)境高度適應、性能可靠和靈活運動能力極強的機器人及假肢所需要的彈性驅(qū)動器為目標,并對彈性驅(qū)動器的機械本體結(jié)構(gòu)、動力學模型及仿真進行了研究。
　　 本文從仿生學的角度出發(fā),根據(jù)動物腿部肌肉的特性,結(jié)合傳統(tǒng)的無阻尼彈性驅(qū)動器的原理,提出了有阻尼圓筒式彈性驅(qū)動器模型,設計了一個更接近肌肉性能的彈性

2、驅(qū)動器。建立了無阻尼和有阻尼彈性驅(qū)動器的動力學模型,并對這兩種機械結(jié)構(gòu)形式的動力學進行了分析,有阻尼彈性驅(qū)動器在輸出過程中,可以根據(jù)負載力的大小被動調(diào)節(jié)驅(qū)動剛度和壓縮速度,更好地模擬動物肌肉運動的特性。
　　 結(jié)合傳統(tǒng)的無阻尼彈性驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)特點,設計了一種有阻尼圓筒式彈性驅(qū)動器結(jié)構(gòu)。根據(jù)機器人腿部指標的要求,計算出了彈性驅(qū)動器所需彈簧的總體剛度為25N/mm,介紹了有阻尼驅(qū)動彈性驅(qū)動器各組成部件的選取原則。對兩種彈性驅(qū)動器的關

3、鍵零件進行了有限元結(jié)構(gòu)強度分析,并對彈性驅(qū)動器硬件控制電路進行了設計。
　　 利用dSPACE對彈性驅(qū)動器的驅(qū)動特性進行了分析。首先,通過實驗得到彈性驅(qū)動器產(chǎn)生的阻尼系數(shù)約為0.1Ns/mm;其次,通過不同帶寬仿真和實驗得到阻尼系數(shù)在0～0.2Ns/mm之間,阻尼系數(shù)測定實驗不僅得到了驅(qū)動器本身的阻尼系數(shù)而且還驗證了不同帶寬跟隨特性和驗證了實驗方法的可行性,這為以后深入研究彈性驅(qū)動器以及有阻尼彈性驅(qū)動器阻尼系數(shù)的選取提供了依據(jù)。