中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 碩士學(xué)位論文 基于假想柔順控制的膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析及其運(yùn)動(dòng)控 制 姓名：謝興旺 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士 專業(yè)：檢測(cè)技術(shù)與自動(dòng)化裝置 指導(dǎo)教師：余永研 2011-05 摘要 摘要 近年來(lái)隨著全球范圍內(nèi)人口老年化趨勢(shì)日益加劇，可穿戴型助力機(jī)器人已 經(jīng)成為重點(diǎn)的研究領(lǐng)域之一，膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人作為可穿戴型助力機(jī)器人的重要 組成部分，科學(xué)家對(duì)其技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究已經(jīng)取得巨大的進(jìn)步。膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器 人將環(huán)境感知和多傳感器信息融合和運(yùn)動(dòng)控制等多種功能集于一身，是典型的人 機(jī)一體化系統(tǒng)。當(dāng)人穿上膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人時(shí)，機(jī)器人在人的智力指導(dǎo)下為人的 行走提供助力從而擴(kuò)展了人的運(yùn)動(dòng)能力和活動(dòng)范圍。 在國(guó)家自然科學(xué)基金“可穿戴型智能助力機(jī)器人技術(shù)研究”的資助下，本 文采用假想柔順控制策略和pid控制算法，實(shí)現(xiàn)了膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人為人提供助 力的目的。具體內(nèi)容包括： 1．通過(guò)分析

應(yīng)用牛頓-歐拉方法推導(dǎo)了6自由度機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程,在matlab中進(jìn)行了編程求解。并應(yīng)用adams軟件建立虛擬樣機(jī)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,用仿真的結(jié)果驗(yàn)證了編程計(jì)算的正確性。最后采用adams的參數(shù)化分析方法,搜索出了滿足一定約束條件下機(jī)器人各關(guān)節(jié)的最大驅(qū)動(dòng)力矩,為機(jī)器人電機(jī)精確選型提供了參考依據(jù)。

第41卷2013年第4期 本 欄 目 編 輯　 陸 秋 云 通　 用 124 可變徑管道機(jī)器人系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與研究 武　燕1，王才東2，王新杰2，牛志軍2 1 河南機(jī)電職業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系　河南鄭州　451191 2 鄭州輕工業(yè)學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院　河南鄭州　450002 摘要：筆者在分析管道機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，針對(duì)管道機(jī)器人對(duì)不同管徑需求，提出了一種 雙履帶式可變徑管道機(jī)器人的總體方案。設(shè)計(jì)了機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)裝置、直徑調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等關(guān)鍵部件，并設(shè) 計(jì)了機(jī)器人的控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)上采用了上、下位機(jī)控制結(jié)構(gòu)，通過(guò)手動(dòng)和自動(dòng)2種控制模式， 實(shí)現(xiàn)機(jī)器人無(wú)級(jí)調(diào)速、前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎和圖像信息采集等功能。研究結(jié)果為可變徑管道機(jī)器人的實(shí) 用化開(kāi)發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：管道機(jī)器人；變管徑；穿纜；控制系統(tǒng) 中圖分類號(hào)：tp242　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：a　　　文章編號(hào)：1001-3954

管道機(jī)器人是特種機(jī)器人研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn).該文設(shè)計(jì)了管道機(jī)器人蠕動(dòng)式移動(dòng)牽引機(jī)構(gòu),采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠正反轉(zhuǎn),絲杠上絲杠螺母前移,前后兩組支撐腿臂交替支撐住管壁,從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的蠕動(dòng)式前行的驅(qū)動(dòng)方案,并設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)的電控部分.模擬管道中的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案的可行性.

討論了管道機(jī)器人的數(shù)學(xué)模型,并且對(duì)垂直彎管和分支管道的通過(guò)性做了分析。通過(guò)建立機(jī)器人的幾何方程,使得機(jī)器人可能通過(guò)各種彎管。其結(jié)果可對(duì)機(jī)器人的動(dòng)靜態(tài)特性研究提供一定的參考。

基于MATLAB的臂架型起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析

針對(duì)帶膛線身管這一特殊的測(cè)量對(duì)象,研制了一種能自動(dòng)測(cè)量火炮膛線的新型管道機(jī)器人.分析了該機(jī)器人的機(jī)構(gòu)組成及工作原理,研究了其運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)特性.實(shí)驗(yàn)證明,該機(jī)器人測(cè)量精度達(dá)到0.002mm,多次測(cè)量的重復(fù)性誤差小于0.002mm,并且可靠性高.

介紹了基于單向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伸縮式管道機(jī)器人工作原理,對(duì)管道機(jī)器人整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化,得到等效系統(tǒng)模型。根據(jù)等效模型,分析直流伺服電機(jī)、滾珠絲杠,以及單向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)行為。為了研究系統(tǒng)的輸入電壓信號(hào)和輸出的運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系,建立了機(jī)器人系統(tǒng)的完整框圖模型。利用matlab對(duì)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行仿真,分析不同輸入信號(hào)下系統(tǒng)的響應(yīng)特性,為管道機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制器設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

以輪式wz30-25型液壓挖掘裝載機(jī)為實(shí)例,基于多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論,在三組反鏟機(jī)構(gòu)液壓缸的運(yùn)動(dòng)作用下,研究了挖掘裝載機(jī)整機(jī)系統(tǒng)在鏟斗斗齒切向產(chǎn)生的挖掘力響應(yīng)。在斗桿液壓缸挖掘和鏟斗液壓缸挖掘兩種工況下,進(jìn)行了挖掘力響應(yīng)分析。在各工況下,影響挖掘力的重要參數(shù)有很多,包括液壓系統(tǒng)的壓力、液壓缸的尺寸、各液壓缸間的相互作用力、整機(jī)穩(wěn)定性和地面附著性能。將推導(dǎo)這些因素和最大挖掘力之間的函數(shù)關(guān)系。

排水管道機(jī)器人通常采用模塊化設(shè)計(jì),一般分為爬行器、電纜絞盤、上位控制單元、檢測(cè)單元、輔助裝置、圖像處理軟件等模塊。本文介紹排水管道機(jī)器人各模塊現(xiàn)有技術(shù)特點(diǎn),并結(jié)合智能控制技術(shù),展望未來(lái)排水機(jī)器人發(fā)展方向。

為提高伸縮式管道機(jī)器人的負(fù)載能力,研制一種基于凸輪自鎖原理的伸縮式管道機(jī)器人,牽引力不受限于某一固定摩擦力,可隨外載荷的增大而增大。應(yīng)用分析力學(xué)原理導(dǎo)出單向鎖止機(jī)構(gòu)各參數(shù)應(yīng)滿足的關(guān)系式,并給出可適應(yīng)管徑變化的凸輪輪廓設(shè)計(jì)方法,計(jì)算出移動(dòng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間,提出一套系統(tǒng)的管道機(jī)器人設(shè)計(jì)理論方法。利用提出的設(shè)計(jì)方法研制試驗(yàn)樣機(jī),并在管道中成功進(jìn)行一系列試驗(yàn)。研究成果提升了伸縮式管道機(jī)器人的負(fù)載能力與管道適應(yīng)性,完善了基于自鎖原理伸縮式管道機(jī)器人的設(shè)計(jì)理論。

對(duì)無(wú)后坐炮發(fā)射時(shí)火箭彈中引信擦地炸機(jī)構(gòu)微小彈簧的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。在考慮彈簧質(zhì)量的情況下建立了彈簧和導(dǎo)電桿之間的物理模型。該模型的微分方程計(jì)算結(jié)果表明微小彈簧在彈道上的振動(dòng)過(guò)程會(huì)使導(dǎo)電桿的受壓產(chǎn)生周期性變化,尤其是在一些波谷處,導(dǎo)電桿幾乎不受壓力,此時(shí)如果有火箭加速和其它裝配缺陷等因素的影響,就會(huì)引起彈丸在彈道上的早炸。

簡(jiǎn)要介紹多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的原理及多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)計(jì)算的積分方法,利用動(dòng)力學(xué)仿真軟件adams,對(duì)牛頭刨床的六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,并通過(guò)虛擬樣機(jī)技術(shù),對(duì)牛頭刨床加速度和壓力角進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì).為實(shí)際的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù),也為虛擬樣機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)提供了實(shí)例.

為了獲得某型燃?xì)廨啓C(jī)低壓渦輪壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性,并驗(yàn)證其穩(wěn)定性及可靠性,本文使用samcef/field軟件的轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析模塊對(duì)該轉(zhuǎn)子進(jìn)行了分析計(jì)算。根據(jù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行的條件,計(jì)算了該機(jī)組轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)、葉片丟失瞬態(tài)響應(yīng)等。計(jì)算結(jié)果表明,臨界轉(zhuǎn)速安全系數(shù)合理;轉(zhuǎn)子系統(tǒng)選取的平衡量具有較小的振動(dòng)幅值;轉(zhuǎn)子的瞬態(tài)響應(yīng)結(jié)果驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)方案的合理性,轉(zhuǎn)子系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定性。得出了此轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)方案能保證低壓渦輪壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的結(jié)論。

根據(jù)管道機(jī)器人管內(nèi)適應(yīng)性的要求,提出一種面向矩形管道的新型自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。分析該機(jī)構(gòu)的工作原理、力學(xué)特性,建立其數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明:該機(jī)構(gòu)提高了管內(nèi)機(jī)器人對(duì)矩形管道的適應(yīng)性,并改善了牽引能力,為機(jī)構(gòu)參數(shù)的合理選取提供了科學(xué)依據(jù)。

多電機(jī)同步聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析與建模

基于有限元分析技術(shù),建立臂架的有限元模型,在ansys軟件中對(duì)履帶起重機(jī)的起臂過(guò)程進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析.用link180單元模擬變幅拉板,利用其在溫度載荷下的變形特性,通過(guò)設(shè)置相關(guān)的線性熱膨脹系數(shù)和溫度載荷,使單元長(zhǎng)度勻速縮短,帶動(dòng)臂頭,完成起臂控制.以位移約束的方法代替常規(guī)載荷約束的方法,解決了起臂過(guò)程模擬中,由于拉板力大小和方向隨時(shí)間不斷變化,無(wú)法定義載荷步的問(wèn)題.ansys軟件結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析模塊中含有瞬態(tài)分析模塊,可對(duì)履帶起重機(jī)起臂的動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行模擬和有限元分析,為實(shí)際的履帶起重機(jī)起臂調(diào)試過(guò)程提供參考.

蘇州大學(xué)的5名大學(xué)生合作發(fā)明了一種微型管道機(jī)器人。其能夠深入到核電廠蒸汽發(fā)生器的管道內(nèi)，檢查管道的安全狀況，以避免核泄露等安全事故的發(fā)生。

研究空間飛網(wǎng)收口機(jī)構(gòu)在捕獲過(guò)程中產(chǎn)生翻滾纏繞的原因及質(zhì)量塊優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法。通過(guò)在質(zhì)量塊連體坐標(biāo)中對(duì)其所受空間力系進(jìn)行簡(jiǎn)化,分析質(zhì)量塊產(chǎn)生翻滾的原因,并據(jù)此對(duì)質(zhì)量塊與捕獲網(wǎng)的連接進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立了超聲波電機(jī)啟動(dòng)后質(zhì)量塊各轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)力學(xué)方程,分析了其對(duì)產(chǎn)生纏繞的影響。并據(jù)此對(duì)原質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的新結(jié)構(gòu)改善了收口機(jī)構(gòu)翻滾纏繞問(wèn)題。

棱柱桿侵徹巖土的動(dòng)力學(xué)分析——首先建立了計(jì)算撞擊力的剛體一流體撞擊模型和計(jì)算靶體變形的法向膨脹理論。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)動(dòng)量定理和功能守恒定律，建立了棱柱桿侵徹巖土?xí)r的動(dòng)力學(xué)模型。采用龍格一庫(kù)塔方法對(duì)這些非線性動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行數(shù)值求解。由這些非線性...

以某3100teu巴拿馬型集裝箱船為例,建立集裝箱船體全船結(jié)構(gòu)三維有限元?jiǎng)恿W(xué)分析的計(jì)算模型,對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)特征值、有阻尼瞬態(tài)響應(yīng)的計(jì)算分析;采用lanczos方法計(jì)算特征值;采用模態(tài)方法進(jìn)行瞬態(tài)響應(yīng)分析。分析結(jié)果表明,該船在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng),需要對(duì)駕駛甲板的側(cè)翼結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改設(shè)計(jì),但其振動(dòng)強(qiáng)度在總體上是可以接受的。

本文利用ｄ’ａｌｅｍｂｅｒｔ原理建立了單桿柔性機(jī)械的動(dòng)力學(xué)方程，并用模態(tài)展開(kāi)法對(duì)其進(jìn)行了離散化。最后，給出了計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果。為進(jìn)一步開(kāi)展多桿柔性機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)分析其控制打下了基礎(chǔ)。