七自由度仿人柔性臂的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

七自由度仿人柔性臂的設(shè)計(jì)與優(yōu)化機(jī)械臂的柔順性是實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作和安全交互的關(guān)鍵問(wèn)題,是目前機(jī)器人領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)械臂在工作時(shí),為了保證人的安全,需要將人排除在工作區(qū)域之外。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)協(xié)作,保證人機(jī)交互的安全性,需要實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的柔順性。本文將開(kāi)展七自由度仿人柔性臂的設(shè)計(jì)研究,在柔順性設(shè)計(jì)上,采用串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器(SeriesElasticActuator,簡(jiǎn)稱(chēng)SEA)作為關(guān)節(jié)執(zhí)行器。SEA在電機(jī)和負(fù)載間嵌入彈性元件,具有吸收外部沖擊,以及實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩和位置混合控制等優(yōu)點(diǎn)。另外,為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)彈性元件的彈性系數(shù)變化,實(shí)現(xiàn)彈性系數(shù)的在線(xiàn)標(biāo)定。本文還開(kāi)展了彈性力矩傳感器研究。這些研究對(duì)于先進(jìn)智能柔性臂部件的更新,以及開(kāi)展機(jī)械臂的柔性控制具有重要意義。本文主要開(kāi)展七自由度仿人柔性臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和彈性力矩傳感器設(shè)計(jì)研究,主要工作如下:1.七自由度仿人柔性臂的仿生設(shè)計(jì)與分析。針對(duì)七自由度仿人柔性臂,參考人體上肢運(yùn)動(dòng)機(jī)理,結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)原則和方法,對(duì)照人體上肢相對(duì)比例,確定柔性臂的物理參數(shù)及相關(guān)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。2.七自由度仿人柔性臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析。通過(guò)Adams仿真獲取各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩與角速度曲線(xiàn),依此開(kāi)展關(guān)鍵元件選型。依照實(shí)際設(shè)計(jì)需求,開(kāi)展基于SEA的各個(gè)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)。對(duì)各個(gè)關(guān)鍵零部件進(jìn)行FEA有限元分析優(yōu)化,在減輕零件重量的同時(shí)確保關(guān)鍵零部件安全可靠。3.彈性力矩傳感器設(shè)計(jì)。針對(duì)SEA彈性系數(shù)變化問(wèn)題,提出一種平面扭簧與力矩測(cè)量相結(jié)合的彈性力矩傳感器。開(kāi)展彈性力矩傳感器的平面扭簧單元設(shè)計(jì),并進(jìn)行彈性系數(shù)標(biāo)定。開(kāi)展彈性力矩傳感器的扭矩測(cè)量單元設(shè)計(jì),并搭建測(cè)量電路模塊。其中平面扭簧用于實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)力矩控制,扭矩傳感器用于監(jiān)測(cè)彈性元件的彈性變