3PSS/S并联式人形机器人肩关节机构性能分析与样机研制

发布时间：2024-03-09 04:38

　　关节是人形机器人最为重要和关键的部分,直接决定着人形机器人的机动性能、操控性能、肢体协调性和承载能力等,设计和实现可以满足预期使用要求的关节是人形机器人研究的一项主要任务。肩关节是人形机器人的关键组成部分之一,本文基于3PSS/S并联机构开展人形机器人肩关节性能分析和样机开发研究,具有重要的理论意义和应用价值。基于求导法,在位置反解的基础上求取3PSS/S并联机构的速度雅可比矩阵和各构件的加速度,并分析机构奇异位形。采用矢量法建立机构的静力分析模型,并在特定载荷下求解方程组,进而计算出各支链约束力,并将中间支链约束力和旁支链约束力进行对比,以分析该机构的静力卸载性能。求取旁支链连杆和动平台的惯性张量,基于牛顿-欧拉法建立机构的动力学平衡方程,研究机构在不同运动轨迹下,驱动力及各构件间的约束力随时间变化曲线。对肩关节样机的驱动式样进行选型和校核,完成样机旁支链及动定平台等关键零部件的设计,并进行样机本体的整体建模、加工与装配;确定运动控制方案,设计系统控制电路和硬件接口,完成控制系统的仿真和调试,开发样机控制柜,进而研制出完整的并联仿生肩关节样机。结合人体肩关节的运动学和受力特性,实施样...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 人形机器人关节研究现状
        1.2.1 人形机器人关节国外研究现状
        1.2.2 人形机器人关节国内研究现状
    1.3 少自由度并联机构理论研究概况
    1.4 本文主要研究内容
第2章 3PSS/S并联肩关节机构运动学分析
    2.1 引言
    2.2 机构位置反解求取
    2.3 机构速度雅可比分析
    2.4 机构各构件加速度分析
        2.4.1 驱动滑块加速度分析
        2.4.2 旁支链的加速度分析
    2.5 机构奇异位形分析
    2.6 本章小结
第3章 3PSS/S并联肩关节机构静力学分析
    3.1 引言
    3.2 机构静力平衡方程的建立
        3.2.1 动平台静力平衡方程的建立
        3.2.2 旁支链连杆静力平衡方程的建立
        3.2.3 驱动滑块静力平衡方程的建立
        3.2.4 中心支链静力分析
    3.3 机构静力学数值分析
    3.4 本章小结
第4章 3PSS/S并联肩关节机构动力学分析
    4.1 引言
    4.2 旁支链及动平台惯性张量的求取
        4.2.1 旁支链连杆惯性张量的求取
        4.2.2 动平台惯性张量的求取
    4.3 各构件动力平衡方程的建立
        4.3.1 动平台动力平衡方程的建立
        4.3.2 旁支链动力平衡方程的建立
        4.3.3 驱动滑块动力平衡方程的建立
    4.4 机构动力学数值分析
    4.5 本章小结
第5章 3PSS/S并联肩关节样机本体设计
    5.1 引言
    5.2 样机本体驱动的选择与计算
        5.2.1 驱动副的式样选择
        5.2.2 滚珠丝杠的选型计算
    5.3 样机本体支链与平台的设计
        5.3.1 中间支链的选型设计
        5.3.2 旁支链的选型设计
        5.3.3 动平台与定平台的设计
    5.4 样机本体的整体建模与装配
    5.5 本章小节
第6章 肩关节样机控制系统开发与实验研究
    6.1 引言
    6.2 样机控制方案的选择
    6.3 样机控制系统硬件设计
        6.3.1 驱动电机的选择计算
        6.3.2 控制系统硬件组成
        6.3.3 控制系统硬件接口设计
    6.4 控制系统的仿真和集成
        6.4.1 控制系统的仿真
        6.4.2 控制系统的集成
    6.5 样机实验研究
        6.5.1 样机功能性验证实验
        6.5.2 样机力反馈实验研究
    6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：3922910