Z944-弹簧级联式变刚度关节设计(盘式凸轮） 下载积分：200　资料编号： Z944

作品包括:

Word版设计说明书1份，共61页，约28000字

CAD版本图纸，共9张

摘要

变刚度关节相比于传统定刚度关节，其具有刚度可调、柔顺性较高以及缓冲性较佳的优点，在医疗、仿生和宇航机器人领域前景广阔。本文设计了一种盘式凸轮-弹簧级联式变刚度关节，应用于柔性机器人关节部位，提高关节运动能力利用率以及安全性。该关节的结构设计采用模块化设计的方法，分为主电机模块、核心模块和刚度调节模块进行设计， 依据所提出关节性能指标，介绍了所选用变刚度的力学原理，采用谐波减速器作为主动力路线减速机构，使用串联方式通过电机-盘式凸轮-线性弹簧系统实现关节的变刚度功能。为防止关节受到较大载荷或冲击时被破坏，设计了关节限位保护。

论文以所设计变刚度关节结构为基础，在其上集成关节位置传感器。对变刚度关节的核心模块进行受力分析与结构辨识，得到关节特性参数方程，通过与软件仿真结果对比验证所设计关节的特性指标，优化凸轮曲线使关节满足设计指标。分析关节重要零部件受力情况，例如刚度调节模块中各传动轴及滚子部件，对其进行静态和动态强度校核，优化了其中未达标零部件，使关节在工作运动和承受冲击时维持正常运行，不会轻易发生失效损坏。

关键词：变刚度关节；盘式凸轮；模块化设计；结构辨识；校核分析

目 录

第一章 绪论 1

• 研究的背景、目的和意义 1

• 变刚类及原理 1

• 变刚度关节度关节介绍、分简介 1

• 变刚度的基本原理 3

• 变刚度关节国内外研究现状 5

• 国外研究现状 6

• 国内研究现状 8

• 课题研究内容 9

• 预期目标 10

第二章 变刚度关节的结构设计 11

• 变刚度关节结构总体方案 11

• 变刚度关节设计指标 11

• 变刚度关节工作原理 12

2.2.3  变刚度关节总体传动方案 14

5.1 变刚度关节的模块化设计 15

• 核心模块的结构设计 15

• 主电机模块的结构设计 16

• 刚度调节模块的结构设计 19

• 变刚度关节的总体结构 23

5.2 变刚度关节限位保护设计 25

• 关节限位保护 25

• 关节各部位置传感器 26

5.3 本章小结 26

第三章 变刚度关节的结构辨识及仿真模拟 27

4.3 变刚度关节辨识仿真的意义 27

4.4 变刚度关节的受力分析及结构辨识 27

a) 核心模块的结构辨识 27

b) 核心模块的特性参数确定 30

4.5 变刚度关节的仿真模拟与对比 31

4.6 上下凸轮曲面的优化设计 33

4.7 本章小结 35

第四章 变刚度关节的强度刚度校核及优化 36

4.1 变刚度关节校核的意义 36

4.2 关键零部件的强度校核 36

4.2.1 蜗轮蜗杆机构的受力分析与强度校核 36

4.2.2 滚子机构受力分析 38

4.2.3 滚子机构的强度校核 40

4.3 核心模块的结构优化 42

4.4 核心模块的瞬态动力学分析 44

4.5 本章小结 46

第五章 总结与展望 47

3.1 设计总结 47

3.2 研究展望 47

参考文献 48

致 谢 50

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