基于形状记忆合金弹簧的柔性驱动模块的设计与控制研究
发布时间：2023-04-28 22:55
软体动物作为地球上出现最早的多细胞动物,经过大自然亿万年的进化,遍布地球的各个角落,它们进化出各种生理结构去适应复杂多变的自然环境。受到软体动物身体构造的启发,软体机器人技术也慢慢成为机器人研究领域的一个热门课题。相对刚体机器人局限性,软体机器人的柔韧性和紧凑型更适应多变的非人造环境,在与人类交互过程中的安全性也要优于刚体机器人。随着人类探索领域的不断拓展,软体机器人必将发挥更大的作用。经过多年的发展,软体机器人的设计从简单到复杂取得长足的进步。并正在向着灵活紧凑和多自由度方向继续发展,但是目前的驱动器和传感器都自于传统刚体机器人,由于传统驱动器体积巨大且笨重,而传感器缺乏柔性。这些都不符合软体机器人灵活、紧凑、集成度高的发展要求。寻找有别于传统驱动方式、传感和控制方式就成为软体机器人的发展重点。另一方面软体机器人都是针对特定任务进行设计,缺少通用性,且造价昂贵。如果能将软体机器人进行模块化,设计出可以精确控制的通用柔性驱动模块,再针对特定任务使用柔性模块组装出软体机器人。这种模块化设计软体机器人思路可以大大提高生产效率、降低成本和节约设计时间。本文围绕着柔性驱动模块、形状记忆合金弹簧...
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 仿生软体机器人概述
1.2.2 陆地移动类软体机器人
1.2.3 游泳类软体机器人
1.2.4 抓取类软体机器人
1.3 智能柔性驱动器的研究现状
1.3.1 柔性驱动器概述
1.3.2 柔性驱动器的研究现状
1.4 软体机器人控制与形状检测研究现状
1.4.1 软体机器人控制与形状检测概述
1.4.2 软体机器人传感器的研究现状
1.5 柔性仿生灵巧手的研究现状
1.6 仿生软体机器人研究启示
1.7 论文研究内容与组织结构
1.7.1 论文研究内容
1.7.2 论文组织结构
第二章 柔性驱动模块的仿生设计及工艺
2.1 引言
2.2 柔性驱动模块结构的仿生学设计
2.2.1 章鱼腕足肌肉结构和运动特性的分析
2.2.2 仿章鱼腕足柔性驱动模块设计
2.2.3 驱动器模块的浇筑工艺
2.3 SMA弹簧特性分析
2.4 柔性驱动模块的驱动方法和控制系统
2.5 控制系统与控制方法
2.6 本章小结
第三章 柔性驱动模块的运动学分析与建模
3.1 引言
3.2 构建柔性驱动器模块的运动学模型
3.3 关节空间到操作空间的映射关系
3.4 柔性驱动器模块的工作空间分析
3.5 关节空间和驱动空间的映射关系
3.6 压缩状态运动学关系式
3.7 柔性驱动器模块的受力分析
3.8 本章小结
第四章 柔性驱动模块的闭环控制及轨迹跟踪的实现
4.1 引言
4.2 传感器数字电压信号和距离的关系校正
4.3 柔性模块单方向弯曲角和传感器距离变化量的关系建模
4.3.1 视觉系统的建立
4.3.2 视觉检测弯曲角原理
4.3.3 视觉检测图像算法
4.3.4 弯曲测量实验数据分析
4.3.5 弯曲角测量对比
4.4 柔性驱动器模块二维运动控制
4.4.1 柔性驱动器模块控制系统
4.4.2 柔性驱动器模块的运动分解
4.4.3 柔性驱动器模块运动控制流程
4.5 柔性模块的空间运动轨迹跟踪
4.5.1 实验设计
4.5.2 柔性模块的圆轨迹跟踪
4.5.3 柔性模块的螺旋轨迹轨迹跟踪
4.6 四节柔性机械臂运动实验
4.7 本章小结
第五章 柔性驱动器模块的优化
5.1 引言
5.2 外加载荷状态下的柔性模块分析
5.3 柔性驱动器模块的改进
5.4 柔性模块弯曲角的插值法
5.4.1 插值法概述
5.4.2 柔性模块的插值流程
5.4.3 视觉测量对比
5.5 轻量化柔性驱动器模块
5.5.1 引言
5.5.2 轻量化结构设计
5.6 柔性臂和控制系统设计
5.6.1 柔性臂整体设计
5.6.2 控制系统设计
5.7 柔性机械臂的运动分析
5.7.1 柔性机械臂蜷缩和伸展运动
5.7.2 柔性机械臂抓取物体
5.8 本章小结
第六章 基于形状记忆合金的仿生灵巧手的设计
6.1 引言
6.2 人手的仿生学研究
6.2.1 引言
6.2.2 人手的基本构造
6.3 仿生灵巧手的结构设计及工艺
6.3.1 仿生灵巧手骨骼结构设计
6.3.2 仿生灵巧手蒙皮的设计及工艺流程
6.4 仿生灵巧手控制实现
6.4.1 仿生灵巧手控制系统组成
6.4.2 仿生灵巧手控制策略
6.5 仿生灵巧手的手势控制实验
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.1.1 论文的主要研究成果
7.1.2 论文的主要创新点
7.2 研究展望
参考文献
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
致谢
本文编号：3804651
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 仿生软体机器人概述
1.2.2 陆地移动类软体机器人
1.2.3 游泳类软体机器人
1.2.4 抓取类软体机器人
1.3 智能柔性驱动器的研究现状
1.3.1 柔性驱动器概述
1.3.2 柔性驱动器的研究现状
1.4 软体机器人控制与形状检测研究现状
1.4.1 软体机器人控制与形状检测概述
1.4.2 软体机器人传感器的研究现状
1.5 柔性仿生灵巧手的研究现状
1.6 仿生软体机器人研究启示
1.7 论文研究内容与组织结构
1.7.1 论文研究内容
1.7.2 论文组织结构
第二章 柔性驱动模块的仿生设计及工艺
2.1 引言
2.2 柔性驱动模块结构的仿生学设计
2.2.1 章鱼腕足肌肉结构和运动特性的分析
2.2.2 仿章鱼腕足柔性驱动模块设计
2.2.3 驱动器模块的浇筑工艺
2.3 SMA弹簧特性分析
2.4 柔性驱动模块的驱动方法和控制系统
2.5 控制系统与控制方法
2.6 本章小结
第三章 柔性驱动模块的运动学分析与建模
3.1 引言
3.2 构建柔性驱动器模块的运动学模型
3.3 关节空间到操作空间的映射关系
3.4 柔性驱动器模块的工作空间分析
3.5 关节空间和驱动空间的映射关系
3.6 压缩状态运动学关系式
3.7 柔性驱动器模块的受力分析
3.8 本章小结
第四章 柔性驱动模块的闭环控制及轨迹跟踪的实现
4.1 引言
4.2 传感器数字电压信号和距离的关系校正
4.3 柔性模块单方向弯曲角和传感器距离变化量的关系建模
4.3.1 视觉系统的建立
4.3.2 视觉检测弯曲角原理
4.3.3 视觉检测图像算法
4.3.4 弯曲测量实验数据分析
4.3.5 弯曲角测量对比
4.4 柔性驱动器模块二维运动控制
4.4.1 柔性驱动器模块控制系统
4.4.2 柔性驱动器模块的运动分解
4.4.3 柔性驱动器模块运动控制流程
4.5 柔性模块的空间运动轨迹跟踪
4.5.1 实验设计
4.5.2 柔性模块的圆轨迹跟踪
4.5.3 柔性模块的螺旋轨迹轨迹跟踪
4.6 四节柔性机械臂运动实验
4.7 本章小结
第五章 柔性驱动器模块的优化
5.1 引言
5.2 外加载荷状态下的柔性模块分析
5.3 柔性驱动器模块的改进
5.4 柔性模块弯曲角的插值法
5.4.1 插值法概述
5.4.2 柔性模块的插值流程
5.4.3 视觉测量对比
5.5 轻量化柔性驱动器模块
5.5.1 引言
5.5.2 轻量化结构设计
5.6 柔性臂和控制系统设计
5.6.1 柔性臂整体设计
5.6.2 控制系统设计
5.7 柔性机械臂的运动分析
5.7.1 柔性机械臂蜷缩和伸展运动
5.7.2 柔性机械臂抓取物体
5.8 本章小结
第六章 基于形状记忆合金的仿生灵巧手的设计
6.1 引言
6.2 人手的仿生学研究
6.2.1 引言
6.2.2 人手的基本构造
6.3 仿生灵巧手的结构设计及工艺
6.3.1 仿生灵巧手骨骼结构设计
6.3.2 仿生灵巧手蒙皮的设计及工艺流程
6.4 仿生灵巧手控制实现
6.4.1 仿生灵巧手控制系统组成
6.4.2 仿生灵巧手控制策略
6.5 仿生灵巧手的手势控制实验
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文总结
7.1.1 论文的主要研究成果
7.1.2 论文的主要创新点
7.2 研究展望
参考文献
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
致谢
本文编号：3804651
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