一种多柔体灵巧机械臂的设计与研究

作     者：郝春波 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈贵亮

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：多柔体 刚体置换法 伪刚体模型 静力学 柔性臂 

摘      要：对外形不规则或表面柔软易损伤物体的抓持,通常可采用具有柔性的机械手爪或机械臂来实现。目前尽管已有很多柔性臂的研究成果和应用实例,但是多数结构和控制往往比较复杂,造价昂贵。本文提出了一款结构和控制简单,造价低廉适于普及的新型专用型柔性灵巧机械臂。可针对特定形状的零件进行柔顺抓持。还可根据某些环境的特殊要求,设计为预先形成一定形状,以实现在该环境中的抓取、探触、检测等任务。本文中我们对其进行了以下几方面的研究:(1)基于刚体置换法提出了一种单驱动的经济、实用的柔性机械臂的结构构型原理。(2)根据伪刚体模型法,对形成柔性关节的刚、柔单元进行分析,建立其静力学模型。在此基础上,建立组成柔性臂的多刚、柔体单元的静力学模型。(3)根据所建立的柔性臂的静力学模型,分析机械臂转角角度与驱动拉力、柔性元件的几何参数之间的关系。在此基础上,建立多刚、柔体单元的整体形状与驱动拉力、各单元几何参数之间的关系。并分析了无形状约束下,柔性臂整体静止形状与驱动拉力的关系。(4)分析柔性臂各刚性体在与特定形状物体接触而受约束力时,各点接触压力分布与驱动力、各单元几何参数之间的关系。(5)根据无接触情况下,使机械臂保持一定变形形状以及以指定分布的接触力抓持一定外形物体两种需求,设计柔性臂的计算方法。(6)针对一些预设应用场景,提出对应的柔臂设计方法。并根据本团队研发的移乘机器人的抱人需求,提出了相应的柔性臂设计具体方案,并进行了实验和分析,以此验证本文方法的可行性。