柔性关节弹性组件的设计和试验分析

作     者：李琦 高宏 LI Qi;GAO Hong

作者机构：北京信息科技大学机电工程学院北京100192 

出 版 物：《中国机械工程》 (China Mechanical Engineering)

年 卷 期：2024年第35卷第10期

页      面：1815-1823,1844页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主　　题：柔性关节 弹性组件 力学建模 旋转刚度 

摘      要：设计了一种用于柔性关节的弹性组件,提出交叉弹簧片型弹性组件的设计思路、设计方法和设计理念。首先,设计规划柔性关节结构组成,基于梁约束条件和本构关系对弹性组件进行力学建模,确定柔度矩阵和刚度矩阵具体项,同时对柔性关节运动端进行动力学建模;然后,对弹性组件进行实例设计,通过有限元分析进行设计验证,对运动过程中柔性关节的模态频率和振型位移进行仿真;最后,搭建试验系统,对弹性组件实例设计进行试验,计算其旋转刚度。通过交叉验证,并取三组数据样本进行分析,结果显示,设计的弹性组件理论值、仿真值和实验值三者之间的一致性较好,第一组三者之间最大误差为7.59%,第二组最大误差为4.32%,第三组最大误差为6.70%,由此表明了利用梁约束理论和本构关系设计弹性组件的可行性。提出的柔性关节弹性组件有一定的通用性,不仅能应用于关节式机械臂,还能应用于康复机器人、仿生机器人领域,为机器人柔性关节的设计提供了一种新的思路。