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基于电动推杆设计的张拉整体机器人

基于电动推杆设计的张拉整体机器人

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作者：肖诗松哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

张拉整体机器人具有许多特性,其结构质量轻、柔性强等特点使其在高空抛投到地面时能保持原有形状而不被破坏;张拉整体机器人良好的伸缩比使得其成为太空探测领域研究的热点。在诸多机器人中,六杆球形张拉整体机器人具有结构对称度高、... 详细信息

张拉整体机器人具有许多特性,其结构质量轻、柔性强等特点使其在高空抛投到地面时能保持原有形状而不被破坏;张拉整体机器人良好的伸缩比使得其成为太空探测领域研究的热点。在诸多机器人中,六杆球形张拉整体机器人具有结构对称度高、控制简单、搭载能力强等特点。本文对原有六杆球形张拉整体机器人进行调试,分析影响机器人运动失败的因素,提出设计电动推杆以解决机器人步态运动受限的方案;并根据设计的电动推杆搭建新的张拉整体机器人,具体研究内容如下:1.对六杆球形张拉整体结构进行数学建模,通过节点平衡确定杆构件和索构件之间长度以及力密度的关系;对原机器人进行运动调试,总结机器人运动受限因素;提出设计结构小、运动速度快和推力大的电动推杆来优化机器人结构,使其能实现预期运动;根据设计要求,选择合理的传动方案,并对电动推杆中丝杠和电机进行选型,对丝杠进行强度校核,完成电动推杆的整体结构设计。2.对电动推杆进行动力学仿真,验证其运动速度和位移是否满足理论设定值;对电动推杆在运动时受冲击载荷进行仿真,验证其结构的刚度能否满足实际需求;对电动推杆部分零部件进行有限元分析,验证结构的强度是否满足实际需求;对机器人中控制器的安装位置进行探索,确定控制器的最佳安装方式,并且针对此安装方式确定合理的信号传递方式;对机器人的控制器进行选定,按照推杆结构最小原则,合理的布置各控制元件,并绘制和制作相关的PCB线路板。3.对机器人静态斜面坡度进行探索,对机器人以不同着地方式的不同位姿着地斜面时,其都能保持稳定的最大斜面值进行分析,并通过理论计算出相应的坡度值;最后通过动力学软件对理论计算的正确性进行验证,并分析误差产生的原因。4.对零件和控制器进行装配,搭建电动推杆物理模型;搭建电动推杆测试台,对其进行推力、速度、电流测试;在电压一定时对推杆的推力和速度、推力和电流进行测定,并总结相关规律,在相同推力下,推测推杆速度和电压之间的关系;选定合理的电动推杆参数和弹簧刚度系数搭建优化后的张拉整体机器人;根据机器人的翻滚方式对控制机器人的上位机APP进行了设计;增添机器人反馈机制,通过反馈机制可以确定机器人着地推杆编号进而控制其运动;对机器人进行运动试验,确定其能实现预期的步态运动。

关键词：张拉整体电动推杆六杆球型机器人控制器安装斜面静态分析

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