文档介绍：浙江理工大学
硕士学位论文
气动肌肉机械手的机构和控制系统的设计与实现
姓名:王阶
申请学位级别:硕士
专业:流体机械及工程
指导教师:金英子
20090311
摘要气动人工肌肉是一种类似生物肌肉的柔性驱动器,由其驱动的机械手具有良好的柔顺性,因此,气动人工肌肉在拟人机械手领域具有广泛的使用前景。气动人工肌肉驱动的机械手系统虽然具有结构简单、安全柔顺、功率/重量比大等优点,但普遍存在驱动速度不高、控制精度较低的问题。为此,深入展开气动人工肌肉的驱动特性研究、创新设计机械手关节机构及其控制系统是解决该类问题的关键途径。本文旨在研究开发一种以气动人工肌肉作为驱动器的机械手,实现机械手关节的多自由度结构设计和控制。同时,设计搭建气动肌肉机械手实测系统,以获得气动肌肉的驱动特性和机械手性能。主要研究内容包括:杓拼罱ㄒ恢钟善∪馇幕凳止亟凇F渲校凳值耐蠊亟诤椭夤亟诰用四根气动肌肉驱动的并联机构;设计开发由数据采集卡、传感器、辅助控制电路、单片机及计算机等构成的反馈控制系统。并通过界面、红外两种控制方式实现对系统的控制。擞没魅嗽硕Ю砺鄯治霾⒘;构亟诤突凳帜┒嘶沟脑硕匦裕频汲銎动肌肉输出位移与关节转动角度、机械手末端机构空间位置的数学关系。ü挡饣竦闷∪獾那匦裕∪饽诓垦沽凸亟谧6嵌取⑵∪输出位移与关节转动角度的关系曲线。ü云∪馐涑鑫灰朴牍亟谧6嵌戎涞睦砺矍哂胧挡馇叩亩员确治觯得出机构尺寸限制、测量误差等是引起实测曲线和理论曲线出现奇异的可能原因。并提出气动肌肉最佳压力控制范围、气动肌肉机械手关节的控制方法和转动角度范围。本文的研究结果表明气动肌肉在拟人机器人领域具有广泛的应用前景。关键词:气动肌肉;气动机械手;并联机构;气动关节浙江理笱妒垦宦畚
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学位论文作者签名:豆诨年;月/苫日浙江理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明:我恪守学术道德,崇尚严谨学风。所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写,我对所写的内容负责,并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。日期:
日期:叫年明日期:砂月∥日亚浙江理工大学学位论文版权使用授权书学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于保密口,在不保密口学位论文作者签名:年解密后使用本版权书。指导教师签名:。
第一章绪论课题研究的目的和意义随着工业电子技术的飞速发展,工业自动化、机电一体化成为发展的主要趋势,气动技术也获得了长足的发展。其中,气动技术因具有成本低、效率高、节能环保等优点,使其在很多领域得到广泛应用,目前已成为实现自动化的重要手段。国外的气动技术已经实现低功耗、高速度、高响应、小型化、集成化和机电一体化,而我之间则存在着很大的差距。传感器技术、控制技术和机械制造工艺水平的快速发展,使机器人的应用领域逐渐从汽车行业拓展到其它领域。在各种类型的机器人中,模拟人体手臂构成的关节型机器人,具有结构简单、占空间小、相对空间大等优点,是应用最为广泛的机器人之一【。处于控制方便的需要,对机器人手臂的刚度需求很高,因此这类机器人都具有基座粗大、腰身坚固、结构刚强等特征,使接近的人感到危险。同时,与工作对象相比,机器人的重量也过大。随着机器人技术的不断发展,人们不仅希望机器人具有精度高、响应快、承载能力大等特点,而且能表现出良好的柔顺性,尤其是在仿生机器人和康复机器人领域,人们对其手臂柔顺安全性的要求远远大于对其位置精度和承载力的要求现有的机器人驱动装置存在一些缺点,例如:由于使用的机构数目众多,造成传动过程中克服机构之间的摩擦而消耗大量能量,使输出端的能量与输入端产生的能量相比下降很多;驱动装置结构复杂,外部体积很大,影响使用的灵活性。气动人工肌肉是一种新型的驱动器,具有外形柔顺、体积小、结构简单等优点,引起了很多研究者的兴趣。首先,气动人工肌肉可直接安装在机械手内部,由气动人工肌肉驱动的机器人手臂外形都比较纤细,而且较其它方式驱动的机器人手臂刚度低,因此,此类机械手兼具有安全性和柔顺性。其次,气动人工肌肉动作平滑和响应快,其运动更接近于自然的生物运动,因此可以直接驱动。正是由于气动人工肌肉的特性与生物肌肉更为相似,因此使其在柔顺机器人手臂的应用研究中得到了更多的关