气动肌腱及其在气动—机械与气动—液压复合传动中的应用研究

论文摘要

随着可持续发展理念的深入人心,绿色设计已成为工程领域的潮流。以压缩空气为工作介质的气动肌腱很好地符合了绿色设计思想,它不仅功率-重量比好、结构简单,而且不会产生污染。与常规气缸相比,它的重量更轻、惯性更小,却能产生相当于同缸径汽缸约10倍的初始拉伸力。虽然具备种种优势,但目前气动肌腱的应用还仅集中于物流、医疗康复、机器人等少数领域。因此,需要对气动肌腱的工程应用领域进行拓展。论文的主要研究内容如下:1.将气动肌腱与机械增力机构相结合,设计了多种增力装置,并计算了各装置的增力系数。以ADAMS为平台,对其中的铰杆三级增力装置进行了仿真。2.以气动肌腱代替传统气缸,设计了几种新型的气-液复合传动装置,并计算了其输出流量和输出压力。3.针对具体零件的加工,研究了其加工工序,设计了以气动肌腱为驱动的专用铣夹具,并与传统夹具进行比较,突出了气动肌腱的独特优势。4.将气动肌腱应用到3-PRS并联机构中,并对以气动肌腱为驱动的3-PRS并联机器人进行了分析。5.对气动肌腱的有限元模型进行了分析。以非线性有限元软件ABAQUS为平台,建立了气动肌腱的简化模型,并进行了应力应变分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 气动肌腱及其特点
• 1.1.1 气动肌腱的产生和发展历史
• 1.1.2 气动肌腱的工作原理和特点
• 1.1.3 气动肌腱与传统流体传动方式的比较
• 1.2 气动肌腱的研究现状
• 1.2.1 力学模型的构建
• 1.2.2 工程应用
• 1.2.3 有限元分析
• 1.3 本课题研究的意义和主要内容
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的主要内容
• 第二章 以气动肌腱为驱动的增力装置设计与仿真分析
• 2.1 常见增力机构
• 2.1.1 基于长度效应的增力机构
• 2.1.2 基于角度效应的增力机构
• 2.2 以气动肌腱为驱动的增力装置设计
• 2.2.1 一级增力装置
• 2.2.2 二级增力装置
• 2.2.3 三级增力装置
• 2.3 基于 ADAMS 的气动肌腱驱动增力装置的仿真
• 2.3.1 建立模型
• 2.3.2 仿真与结果分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 以气动肌腱为驱动的气-液复合传动装置设计
• 3.1 气动肌腱驱动的双作用气-液复合传动装置设计
• 3.1.1 双作用单级气-液复合传动装置
• 3.1.2 双作用双级气-液复合传动装置
• 3.2 气动肌腱驱动的铰杆增力气-液复合传动装置设计
• 3.2.1 采用铰杆连接的单级气-液复合传动装置
• 3.2.2 采用铰杆连接的双级气-液复合传动装置
• 3.3 本章小结
• 第四章 以气动肌腱为驱动的机床夹具设计
• 4.1 典型零件及其工艺规程设计
• 4.1.1 典型零件分析
• 4.1.2 工艺规程设计
• 4.2 气动肌腱驱动的铣夹具设计
• 4.2.1 凸轮机构与偏心凸轮机构
• 4.2.2 气动肌腱驱动的铣夹具
• 4.3 本章小结
• 第五章 以气动肌腱为驱动的并联机器人设计
• 5.1 并联机器人及其特点
• 5.2 3-PRS 并联机构及其运动学分析
• 5.2.1 3-PRS 并联机构简介
• 5.2.2 3-PRS 并联机构自由度分析
• 5.2.3 3-PRS 并联机构位姿逆解
• 5.3 以气动肌腱为驱动的3-PRS 并联机器人设计
• 5.3.1 以气动肌腱为驱动的3-PRS 并联机器人工作原理
• 5.3.2 以气动肌腱为驱动的3-PRS 并联机器人特点分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 气动肌腱机理的有限元研究
• 6.1 气动肌腱的有限元模型描述
• 6.1.1 气动肌腱有限元模型分析
• 6.1.2 气动肌腱有限元分析理论
• 6.2 基于 ABAQUS 的气动肌腱建模与有限元分析
• 6.2.1 气动肌腱在 ABAQUS 中的建模
• 6.2.2 气动肌腱在 ABAQUS 中的后处理
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间研究成果及发表的论文
• 附录