双足仿人机器人新型柔性关节及其驱动的设计研究--《合肥工业大学》2015年硕士论文
双足仿人机器人新型柔性关节及其驱动的设计研究
【摘要】：本文依托中央高校基本科研业务费专项资金项目(人足对两足行走步态稳定性的影响机理及机器人足部仿生研究),在研究双足仿人机器人柔性关节及其驱动的基础上,针对机器人普遍存在的关节驱动柔性不足问题,设计了一种基于横向磁场的圆筒型永磁直线直流电机(TPDLCM),利用非接触式、无力波动的电磁场力实现关节驱动柔性。本文主要研究内容方法及结论如下：
首先,在研究横向磁场电机电磁机理的基础上,通过电磁场有限元软件AN SOFT Maxwell设计了电机模型,随后分析计算了电机驱动单元的电磁特性,分析结论表明,该电机可以提供高力密度、无齿槽力波动的平稳电磁力,与设计初衷吻合。其次,将该电机作为关节驱动装置应用于仿人机器人下肢关节驱动,以实现仿人机器人下肢关节的柔性驱动。结合人体下肢体段参数及运动学特征,设计了基于该电机特性的双足仿人机器人下肢模型。最后,利用MVN电磁运动采集套装采集了正常人体自由步态参数,并以一个步态周期自由步态参数为驱动函数,对所建立的双足仿人机器人下肢模型进行了逆向动力学仿真。由仿真结果得到布置在下肢相关体段上的驱动电机的反向力学特性,并将其与电机力学性能对比,对比结论验证了TPDLCM应用于双足仿人机器人下肢关节驱动的可行性和可靠性。
【关键词】：
【学位授予单位】：合肥工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2015【分类号】：TP242【目录】：
致谢7-8摘要8-9ABSTRACT9-16第一章 绪论16-25 1.1 课题研究背景及意义16-17 1.2 国内外仿人机器人柔性关节驱动研究概述17-23
1.2.1 电机柔性关节驱动国内外发展现状18-21
1.2.2 流体驱动柔性关节国内外研究现状21-23 1.3 本文研究的主要内容23-25第二章 横向磁场电机的电磁机理分析25-33 2.1 横向磁场电机的磁路结构及特点25-26 2.2 横向磁场电机电磁机理分析方法26-28
2.2.1 电磁力的定性分析27
2.2.2 电磁力的数学解析分析27
2.2.3 电磁力的有限元分析27-28 2.3 基于ANSOFT Maxwell的电磁机理有限元分析28-32
2.3.1 磁极和电枢槽有限元模型建立28-29
2.3.2 电枢参数定性定量分析29-30
2.3.3 空载时电枢槽对称线上的磁通量密度分布30
2.3.4 载流时电枢槽内导体位置与电磁力的关系30-31
2.3.5 载流时槽宽与电枢电磁力关系31-32
2.3.6 载流时气隙长度与电枢电磁力关系32 2.4 本章小结32-33第三章 TPDLCM结构设计及气隙磁密优化33-44 3.1 传统二维磁场电机结构的改进33 3.2 电机结构形式选择33-34
3.2.1 动圈式结构或动磁式结构的选择33-34
3.2.2 长动子结构或长定子结构的选择34
3.2.3 动子磁体结构的选择34 3.3 TPDLCM结构的提出34-36 3.4 电机驱动单元的径向磁场设计36-37 3.5 径向磁场的气隙磁密优化37-41
3.5.1 传统气隙磁密优化37-38
3.5.2 基于Halbach磁钢阵列的气隙磁密优化38-41 3.6 驱动单元的电枢槽的设计及绕组布置方式41-43 3.7 本章小结43-44第四章 TPDLCM的电磁计算与分析44-67 4.1 TPDLCM的电磁场计算44-55
4.1.1 计算模型的简化44-46
4.1.2 计算结果46-55 4.2 TPDLCM的电感计算与分析55-59
4.2.1 ANSOFT Maxwell电感计算基础55-57
4.2.2 驱动单元绕组电感计算57-59
4.2.3 电机整机绕组电感的计算59 4.3 TPDLCM电磁力的计算与分析59-64
4.3.1 TPDLCM电磁力特性的理论分析59-63
4.3.2 基本电磁力的数值计算63-64 4.4 结构参数对基本电磁力的影响64-66
4.4.1 电枢齿轴向长度取值对电机电磁力的影响64
4.4.2 驱动单元磁极长度与间隙长度比值对电磁力的影响64-65
4.4.3 驱动单元磁极对数对电磁力的影响65-66 4.5 本章小结66-67第五章 基于TPDLCM的仿人机器人下肢建模与仿真67-89 5.1 基于TPDLCM的下肢模型建立67-71
5.1.1 线性驱动电机的***67
5.1.2 下肢结构参数设计要素67-69
5.1.3 下肢结构设计建模69-71 5.2 基于MVN运动采集套装的人体自由步态实验71-78
5.2.1 实验目的71
5.2.2 测试仪器71-72
5.2.3 方法步骤72
5.2.4 数据处理72-73
5.2.5 下肢关节步态参数的计算73-75
5.2.6 步态特征参数及图像75-78 5.3 基于自由步态参数的机器人下肢动力学仿真78-87
5.3.1 下肢动力学建模78-83
5.3.2 下肢动力学仿真83-87 5.4 基于TPDLCM下肢关节驱动可靠性分析87 5.5 本章小结87-89总结与展望89-91参考文献91-96攻读学位期间的学术活动及成果清单96
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双重驱动四自由度并联机构型综合
高精度、大工作空间的机器人系统推动了精密操作工程的发展,宏、微操作手直接串联构成的机器人系统由于体积大,适用性在一定程度上受到了限制,因此开发体积小的宏/微机器人机构具有重要的意义.双重驱动并联机构本质上是两个具有相同自由度数目并联机构的集成,其结构简单、紧凑,灵活性更高,工作空间更大,可以用来开发体积小的宏/微操作机器人.基于螺旋理论,提出了双重驱动四自由度并联机构型综合的方法.作为示例,综合了三移一转四自由度双重驱动并联机构,得到了一些新型的双重驱动四自由度并联机构.
作者单位：
燕山大学,机械工程学院,河北,秦皇岛,066004
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国家自然科学基金，国家自然科学基金
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需要的双重性缺乏与价值产生
从人与其环境构成一个生命系统的角度来看,人对环境的依赖不同于其他生物对环境的直接依赖,人的依赖是&间接&的,人的需要因此具有双重性缺乏:一方面是人自身某种东西的缺乏;另一方面是人的需要所指向的对象在现成的自然界中的缺乏.正是具有双重性缺乏的需要才驱动人去认识世界和改造世界,这样的需要才是人进行所有价值活动的源泉和动力,人的价值活动就始于这样的需要,又终于此种需要的满足.
作者单位：
华中师范大学,政法学院,湖北,武汉,430079
年，卷(期)：
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