基于逆滚动螺旋的机器人关节的研究

论文题目: 基于逆滚动螺旋的机器人关节的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械制造及其自动化

作者: 王光建

导师: 梁锡昌

关键词: 机器人关节,逆滚动螺旋,动态特性,变频液压控制

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 机器人关节系统属于机器人的基础部件,是整个机器人伺服系统中的一个重要环节,其结构、重量、尺寸、精度等对机器人有直接影响。本文是国家863 计划机器人技术主题基础部件及系统专题资助项目“一种多螺旋式新型通用关节的研究”(课题编号:2002AA423140)研究内容的组成部分。本文创造性的提出了基于逆滚动螺旋传动机构的机器人旋转关节,并申请发明专利“机器人液螺纵关节”,它具有尺寸小,精度高,可承受较大负荷等优点。本文针对逆螺旋关节的特点,在结构创新,设计,加工,有限元计算分析,运动原理,滚珠接触分析,控制系统设计分析,基于PID 控制的仿真,基于自适应模糊控制的仿真,实验研究等方面进行了比较系统的研究。本文研究的主要工作和成果可概括如下: 1.本文按模块化、标准化思想将关节分为纵关节和横关节,相应地将关节模块分为横关节模块,纵关节模块和连杆模块;本文提出了逆滚动螺旋传动理论,并对逆滚动螺旋机构进行了结构创新,提出标准化的了单螺旋机构,双螺旋机构,电驱动,液压驱动等数种螺旋关节; 2.对逆滚动螺旋关节进行了设计计算,对关键零部件进行了有限元分析;对滚动螺旋副,止推副进行了滚动接触分析;计算表明关节主要零部件完全能承受设计载荷,滚珠与螺旋套、螺旋轴、花键套等不会发生过大的塑性变形而导致失效;对关节系统的动态特性进行有限元数值分析,求解其约束模态; 3.针对大升角、小尺寸的内螺旋槽加工的难点,提出了逼近加工内螺旋槽的方法;利用UG、IDEAS 软件进行了刀具设计、加工仿真,仿真表明逼近法加工在精度要求的范围内是可行的;在多坐标改造后的数控铣床进行粗加工后,使用高速风动磨头、CBN 砂轮和金刚石砂轮进行磨削加工,加工精度符合要求; 4.建立了液压驱动的关节伺服控制数学模型;基于MATLAB 软件的simulink软件包进行了控制系统分析,进行了液螺关节控制方法研究;对液螺关节PID 控制进行了仿真,由于伺服控制系统属于I 型系统,不存在稳态误差,PID 控制主要目的是提高稳定性,响应速度和减小瞬态误差,本文根据选取的PID 参数进行仿真,其正弦响应和方波响应具有良好的位置跟踪精度; 5.利用模糊控制理论进行了液螺关节模糊控制特性研究,对简单模糊控制和自适应模糊PID 控制性能进行了simulink 仿真研究;由于液压系统特性参数常常发生变动,简单模糊控制不能很好适应这种变动,而自适应PID 模糊控制则能适应这种变化,仿真表明,自适应模糊PID 控制具有良好的控制性能。6.探索了变频液压位置控制技术,建立了变频位置控制系统数学模型;进行

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 引言

1.2 课题来源、意义

1.3 机器人关节的分类

1.3.1 工业机器人关节

1.3.2 仿人关节

1.3.3 微型机器人关节

1.3.4 可重构模块化机器人关节

1.4 机器人关节的发展现状及趋势

1.4.1 工业机器人发展现状

1.4.2 仿人机器人关节发展现状

1.4.3 微型机器人关节发展现状

1.4.4 可重构模块化机器人关节发展现状

1.5 机器人驱动控制

1.5.1 电机驱动

1.5.2 液(气)压驱动

1.6 本文主要研究内容

2 逆滚动螺旋机构的创新

2.1 逆滚动螺旋机构的提出

2.2 逆滚动螺旋机构的结构形式

2.2.1 基本原理

2.2.2 基本结构形式

2.3 逆滚动螺旋机器人关节结构设计

2.3.1 单螺旋机器人关节组成

2.3.2 双螺旋机器人关节

2.3.3 多螺旋机器人关节的结构创新

2.4 逆滚动螺旋结构的特点

3 多螺旋的机器人关节理论研究

3.1 关节的有限元分析

3.1.1 三维实体造型

3.1.2 有限元计算模型

3.1.3 计算结果及分析

3.2 滚珠接触应力分析

3.2.1 接触分析概念

3.2.2 受力分析和载荷计算

3.2.4 计算结果

3.3 弹性接触共振研究

3.3.1 弹性接触共振概念

3.3.2 接触固有频率的求取

3.3.3 接触共振分析

3.4 关节系统的有限元模态分析

3.4.1 固有特性的求解

3.4.2 动力学模型

3.4.3 数值模态计算结果

4 多螺旋的机器人关节的设计与加工

4.1 关节的设计及计算

4.1.1 单螺旋关节的设计计算

4.1.2 双螺旋关节的设计计算

4.1.3 螺旋关节的模块化设计

4.2 滚动螺旋机构的加工的研究

4.2.1 螺旋机构的加工

4.2.2 刀具截形的设计计算

4.2.3 内螺旋槽加工仿真

4.3 滚动螺旋机构的加工

4.3.1 数控机床的多功能改造

4.3.2 磨削装置

4.3.3 磨削刀具

4.3.4 加工样品

5 多螺旋关节控制系统的建模与仿真

5.1 前言

5.2 阀控液螺关节数学模型及分析

5.2.1 系统时域动态方程

5.2.2 阀控液螺关节传递函数

5.3 伺服阀控制液螺关节

5.3.1 位置控制系统组成

5.3.2 控制系统数学模型

5.3.3 液螺关节PID 伺服控制研究

5.3.4 液螺关节模糊控制研究

5.4 液螺关节变频位置控制的探讨

5.4.1 位置控制系统组成

5.4.2 位置控制系统建模

5.4.3 控制系统分析与仿真

5.5 液螺关节其它控制方法初探

6 机器人液螺关节实验研究

6.1 引言

6.2 实验系统组成

6.2.1 测试系统原理

6.2.2 测试系统组成

6.3 静态性能实验

6.3.1 驱动力矩的测量

6.3.2 刚度的测量

6.3.3 转角范围的测量

6.3.4 转速的测量

6.3.5 定位精度的测量

6.4 结构动态实验

6.4.1 实验原理及设备

6.4.2 实验结果及分析

7 应用研究

7.1 引言

7.2 自由度写字机器人

7.2.1 系统组成

7.2.2 运动学问题

7.2.3 文字矢量化技术

7.3 逆滚动螺旋机构在发动机中的应用

8 结论与展望

致 谢

参考文献

附 录

独创性声明

学位论文版权使用授权书

发布时间: 2005-11-07

参考文献

• [1].运动自适应上肢康复训练外骨骼机器人系统设计方法和应用试验研究[D]. 严华.浙江大学2014
• [2].四足机器人落地过程中缓冲策略的研究[D]. 刘斌.山东大学2017
• [3].煤矿蛇形搜寻机器人路径规划策略研究[D]. 李红岩.西安科技大学2018
• [4].搜救侦测机器人关键技术研究[D]. 郭云龙.哈尔滨工程大学2013
• [5].多关节机器人仿生液压驱动技术及效率研究[D]. 薛勇.国防科学技术大学2016
• [6].冗余双臂机器人协调作业系统研究[D]. 申浩宇.南京航空航天大学2016
• [7].基于虚拟现实技术与监控理论的机器人示教系统研究[D]. 崔茂源.吉林大学2004
• [8].高压带电作业机器人及其跟踪装配系统的研究[D]. 戚晖.天津大学2003
• [9].基于网络的异构工业机器人集成技术研究[D]. 胡旭东.浙江大学2004
• [10].基于外骨骼技术的机器人远程控制[D]. 李晓明.浙江大学2004

相关论文

• [1].仿人机器人行走误差自调整模糊控制研究[D]. 赵建东.清华大学2004
• [2].自攀爬幕墙清洗机器人机械机构的设计与研究[D]. 唐伯雁.北京工业大学2005
• [3].异构双腿行走机器人研究与开发[D]. 王斌锐.东北大学2005
• [4].仿人形机器人双足动态步行研究[D]. 柯显信.上海大学2005
• [5].挖掘机器人虚拟样机建模技术及其应用研究[D]. 刘静.浙江大学2005
• [6].中型喷浆机器人虚拟样机技术[D]. 宋志安.山东科技大学2005
• [7].机器人动态特性及动力学参数辨识研究[D]. 陈恩伟.合肥工业大学2006
• [8].软体蠕动机器人系统之研究[D]. 刘伟庭.浙江大学2006
• [9].机器人位姿误差的分析与综合[D]. 焦国太.北京工业大学2002
• [10].欠驱动力合作机器人的驱动及控制技术研究[D]. 董玉红.哈尔滨工程大学2006

标签：机器人关节论文;  逆滚动螺旋论文;  动态特性论文;  变频液压控制论文;