一种气动机械臂的设计与控制策略研究

发布时间：2023-05-13 20:55

　　机械臂进入与人类共存的环境中工作是未来的发展趋势,对于在人机环境中工作的机械臂,安全性是最为关键的问题。由于气体的压缩性,气驱动器天然具有被动柔顺性,由气驱动器驱动的气动机械臂相对于传统电机驱动的机械臂具有较高功率-质量比、良好的反驱动性和柔顺性等特点,具有本质安全的特性,因而有潜力应用于对于机械臂安全性要求较高而对机械臂的快速性、准确性要求较低的场合中。因此,本文设计了一种碰撞安全的气动机械臂。首先,在综合对比各类气驱动器性能参数的基础上,按照轻型化、小型化、模块化的设计思想,选用小型滚动薄膜气缸作为气驱动器,设计了由一组相互拮抗的滚动薄膜气缸驱动的轻型气动机械臂旋转关节模块,计算了关节模块的性能参数,并据此设计了具有四自由度的气动机械臂。其次,对气动机械臂关节位置伺服控制系统进行研究。针对机械臂关节气动系统的各个组成部分分别建立滚动薄膜气缸摩擦力及粘滞力模型、动力学模型、热力学模型,以及比例换向阀的质量流动模型,根据模型得到关节气动系统的状态空间表示。针对气动系统复杂、非线性的特点,利用反步法设计了基于滑模控制的机械臂关节位置伺服控制系统。而后,对机械臂进行运动学分析,设计了气动机...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 气动机械臂国内外研究现状
        1.2.2 气动位置伺服系统国内外研究现状
        1.2.3 国内外文献综述的简析
    1.3 本文的主要研究内容
第2章 气动机械臂设计
    2.1 引言
    2.2 气动机械臂关节模块设计
        2.2.1 关节驱动器选型
        2.2.2 关节传动方式设计
        2.2.3 关节模块结构设计
    2.3 气动机械臂设计
    2.4 本章小结
第3章 气动机械臂关节位置伺服系统研究
    3.1 引言
    3.2 气动机械臂关节位置伺服系统模型
        3.2.1 滚动薄膜气缸的摩擦力及粘滞力模型
        3.2.2 滚动薄膜气缸动力学模型
        3.2.3 滚动薄膜气缸热力学模型
        3.2.4 三位五通比例换向阀模型
    3.3 基于滑模控制的气动机械臂关节位置伺服系统控制策略
    3.4 本章小结
第4章 气动机械臂控制系统研究
    4.1 引言
    4.2 气动机械臂运动分析
        4.2.1 气动机械臂关节-连杆模型
        4.2.2 气动机械臂运动学分析
        4.2.3 气动机械臂关节轨迹规划
    4.3 气动机械臂的安全控制策略
        4.3.1 基于机械柔顺控制方法的气动机械臂柔顺控制
        4.3.2 基于关节驱动器压力差的气动机械臂碰撞安全控制
    4.4 气动机械臂控制系统
    4.5 本章小结
第5章 气动机械臂实验平台搭建及实验分析
    5.1 引言
    5.2 气动机械臂实验平台搭建
        5.2.1 气动机械臂实验平台硬件方案设计
        5.2.2 气动机械臂实验平台软件系统设计
        5.2.3 气动机械臂实验平台搭建
    5.3 气动机械臂关节控制实验
    5.4 气动机械臂整机控制实验
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：3816506