【摘 要】
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受到自然界的生物结构,例如章鱼、象鼻、肌肉等启发,仿生学领域的柔性机械臂具有很多刚性机械臂不具备的优势和特性,因此研究柔性机械臂的力学特性是至关重要的,保证其可以按照输入激励进行轨迹运动、特定行为、动力输出是本文研究的重要方向,本文的研究规划主要分为以下几个方面:首先,建立气动驱动柔性机械臂的三维模型,针对建立的三维模型运用常曲率模型进行静力学的建模,分析机械臂的末端空间位置与输入压强的参数关系,
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受到自然界的生物结构,例如章鱼、象鼻、肌肉等启发,仿生学领域的柔性机械臂具有很多刚性机械臂不具备的优势和特性,因此研究柔性机械臂的力学特性是至关重要的,保证其可以按照输入激励进行轨迹运动、特定行为、动力输出是本文研究的重要方向,本文的研究规划主要分为以下几个方面:首先,建立气动驱动柔性机械臂的三维模型,针对建立的三维模型运用常曲率模型进行静力学的建模,分析机械臂的末端空间位置与输入压强的参数关系,推导出驱动空间与任务空间的正运动学方程。建立柔性机械臂的末端力的理论模型,运用仿真软件对建立的理论模型进行仿真计算,分析各个基本参数与末端力的关系曲线,同时基于Workbench建立其仿真模型,创新性的提出了半圆截面纤维线,将理论计算结果与仿真结果做对比,验证针对本文建立的静力学模型是否正确。然后进行动力学建模,本文采用新型的三模块集中质量模型,大大缩减建模的复杂度;在此基础上,采用滑模控制方法,追踪柔性臂的输入信号,进行误差分析;为模拟真实工况中的振动和末端速度及加速度预测,进行模态分析和刚柔耦合分析等仿真,进一步研究柔性机械臂的力学性能。最后,采用实验的方法验证弯曲了伸长的仿真模型,并进行刚度标定,首先运用3D打印技术对机械臂的模具进行制作,然后浇筑柔性机械臂本体,搭建实验所用到的气路,通过对柔性机械臂的一系列实验来记录实验结果,与仿真模型做对比,进一步验证模型的正确性。通过建模到仿真到实验的研究路线,完整的实现了的本文所提出的柔性机械臂的力学特性以及运动形式的研究。
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