大变形变刚度柔性铰链设计方法与性能分析研究

发布时间：2023-06-03 20:43

　　共融机器人是指能与作业环境、人和其它机器人自然交互、自主适应复杂动态环境并协同作业的机器人,近些年来逐渐成为未来机器人研究的重点。因其工作过程中不断与人产生交互,保证人机交互过程中的安全性就显得尤为重要。解决这一问题的一个方法是在其中引入柔性元素,并将其设计成变刚度。柔顺机构依靠柔性构件的弹性变形来实现其运动,可以将柔顺机构的设计理论与共融机器人机械臂、执行器等部件的设计相结合。柔性铰链是柔顺机构的基础,本文对大变形变刚度柔性铰链进行研究,提出了铰链大变形和变刚度的设计方法,设计了多种新型柔性铰链,满足共融机器人对于灵活性、安全性、适应性的要求,并对它们的性能进行了分析。具体研究内容如下:(1)提出了一种大变形柔性铰链的设计方法,设计了新型平面折展大变形柔性铰链。平面折展柔性铰链的柔性片段通常被布置在两个刚性连杆之间,这就限制了柔性片段的数量和长度,同时也限制了铰链的变形范围,因此通过设计柔性片段的不同布置方式,利用柔性片段串联或并联的方法,设计了两种新型大变形平面折展柔性铰链:外侧布置型平面折展柔性铰链(Outside-Deployed Lamina Emergent Joint,简...

【文章页数】：134 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 引言
2 绪论
    2.1 研究背景和意义
    2.2 国内外研究现状
        2.2.1 柔顺机构概述
        2.2.2 柔性铰链研究现状
        2.2.3 大变形柔性铰链研究现状
        2.2.4 变刚度设计研究现状
    2.3 本文主要研究内容及全文体系结构
        2.3.1 主要研究内容
        2.3.2 全文体系结构
3 大变形平面折展柔性铰链的设计与分析
    3.1 大变形OD-LEJ的结构设计
    3.2 大变形OD-LEJ的等效弹簧模型
    3.3 大变形OD-LEJ的模型验证
    3.4 大变形OD-LEJ的性能分析
    3.5 大变形ID-LEJ的设计与分析
    3.6 本章小结
4 大变形变刚度ID-LEJ的设计与分析
    4.1 大变形变刚度ID-LEJ的结构设计
    4.2 大变形变刚度ID-LEJ的等效弹簧模型
    4.3 大变形变刚度ID-LEJ的模型验证与性能分析
    4.4 本章小结
5 管状大变形变刚度柔性铰链的设计与分析
    5.1 管状大变形变刚度柔性铰链的结构设计
    5.2 管状大变形变刚度柔性铰链的等效弹簧模型
    5.3 管状大变形变刚度柔性铰链的模型验证与性能分析
    5.4 本章小结
6 设计柔性铰链切口形状实现变刚度
    6.1 柔性铰链中的切口部分
    6.2 改变铰链抗拉刚度
    6.3 改变铰链抗压刚度
    6.4 改变铰链弯曲刚度
    6.5 实验验证
    6.6 本章小结
7 变刚度直梁型柔性铰链的设计与分析
    7.1 大变形分析方法
    7.2 变刚度直梁型柔性铰链的分析与建模
        7.2.1 非线性分析方法
        7.2.2 临界点的求解
        7.2.3 线性分析方法
        7.2.4 弯曲等效刚度
        7.2.5 铰链综合方法
    7.3 变刚度直梁型柔性铰链的性能分析
        7.3.1 有限元仿真分析
        7.3.2 非线性方法分析
        7.3.3 线性方法分析
    7.4 非对称变刚度直梁型柔性铰链
    7.5 本章小结
8 结论与展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集



本文编号：3830009