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面向足式机器人的新型可调刚度柔性关节的设计及性能测试 被引量:11
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作者 尹鹏 李满天 +2 位作者 郭伟 王鹏飞 孙立宁 《机器人》 EI CSCD 北大核心 2014年第3期322-329,共8页
为提高足式机器人的运动适应能力,为其设计了一款具有刚度连续调节功能的新型柔性旋转关节.通过研究杠杆机构输出刚度与传动比的对应关系,提出以变传动比杠杆机构作为核心部件进行可调刚度柔性关节的设计.文中对关节的结构以及关节驱动... 为提高足式机器人的运动适应能力,为其设计了一款具有刚度连续调节功能的新型柔性旋转关节.通过研究杠杆机构输出刚度与传动比的对应关系,提出以变传动比杠杆机构作为核心部件进行可调刚度柔性关节的设计.文中对关节的结构以及关节驱动方式等进行了紧凑化设计,以满足足式机器人系统对体积及重量的要求.在设计中通过分析关节输出刚度系数与关节相关结构参数之间的关系,为关节输出刚度调节选择了较为敏感的参数调节范围,提高了刚度调节的灵敏性.在此基础上,通过开展机构运动学分析,确定了关节机构的理论刚度输出固有特性.关节样机测试表明,该调节机构能够实现关节输出刚度的调整和有效控制,该关节在结构设计以及功能方面均可以满足在足式机器人腿部结构中的应用需求. 展开更多
关键词 足式机器人 柔性关节 刚度调整 杠杆机构
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下肢外骨骼机器人柔顺特性的研究进展 被引量:8
2
作者 佀国宁 黄琬婷 +3 位作者 李根生 徐飞 褚梦秋 刘婧芳 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期157-163,共7页
下肢外骨骼机器人是旨在帮助患有步行障碍的人重新获得腿部和关节的力量,以实现站立和行走等功能的可穿戴设备。与包含刚性机构的传统机器人相比,具有柔顺特性的下肢外骨骼机器人能在被动式弹性元件中储存和释放能量,同时最大限度地减... 下肢外骨骼机器人是旨在帮助患有步行障碍的人重新获得腿部和关节的力量,以实现站立和行走等功能的可穿戴设备。与包含刚性机构的传统机器人相比,具有柔顺特性的下肢外骨骼机器人能在被动式弹性元件中储存和释放能量,同时最大限度地减少由于冲击引起的反作用力,提高人机交互的安全性。本文从驱动柔顺和关节柔顺两方面对下肢外骨骼机器人柔顺特性进行综述,分类介绍增强型、辅助型、康复型下肢外骨骼机器人,并对该领域未来发展趋势进行展望。 展开更多
关键词 下肢外骨骼机器人 柔顺特性 驱动柔顺 关节柔顺
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一种扭簧变刚度柔性关节的设计与研究 被引量:7
3
作者 曲祥旭 曹东兴 张姗 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第13期114-123,共10页
变刚度关节由于其固有的柔性特征,可实现人与机器人在非结构化环境下的安全交互。针对扭簧扭转时中径发生改变提出了一种具有非线性刚度的紧凑型柔性关节,并满足常用的力作用情景"小载荷,低刚度;大载荷,高刚度"。首先,给出柔... 变刚度关节由于其固有的柔性特征,可实现人与机器人在非结构化环境下的安全交互。针对扭簧扭转时中径发生改变提出了一种具有非线性刚度的紧凑型柔性关节,并满足常用的力作用情景"小载荷,低刚度;大载荷,高刚度"。首先,给出柔性关节模型,采用扭簧以及开口套作为基本弹性元件,通过调节螺母滑块的位置,使钢球挤压开口套并改变扭簧中径,实现对关节的刚度调节。其次,结合弹性变形理论,分析描述了柔性关节中弹性元件的力学本构方程和截面应力分布规律,得到关节的转角、扭矩及刚度间的关系。最后,根据关节转动不同角度以及施加不同载荷以获取扭矩与刚度变化的仿真数据,结果表明该柔性关节的设计是有效的,同时,可为研究该类扭簧变刚度的力学行为提供理论参考。 展开更多
关键词 柔性关节 扭簧 变刚度 力学模型
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基于磁流变液传动的柔顺关节研究:设计,仿真和实验(英文) 被引量:6
4
作者 蔡世波 韦威 +2 位作者 Wan Weiwei 鲍官军 胥芳 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期200-210,共11页
为了实现机器人的内在主动柔顺,应用磁流变液的可控特性,设计了基于磁流变液传动的多盘式柔顺关节。基于Bingham塑性模型建立了柔顺关节的扭矩传递模型,仿真分析了盘片直径、盘片间隙、励磁电流等因素对输出扭矩的影响规律,根据理论分... 为了实现机器人的内在主动柔顺,应用磁流变液的可控特性,设计了基于磁流变液传动的多盘式柔顺关节。基于Bingham塑性模型建立了柔顺关节的扭矩传递模型,仿真分析了盘片直径、盘片间隙、励磁电流等因素对输出扭矩的影响规律,根据理论分析和仿真,得到柔顺关节的机械结构参数。设计实验平台对柔顺关节样机进行了盘片壁面形貌对动力传递性能影响、空转力矩特性、动力传动特性、静态特性、转速-输出转矩特性以及阶跃输入、阶跃负载情况下的动态响应实验研究。结果表明基于磁流变液传动的柔顺关节盘片表面粗糙度越大,所能传递的扭矩越大,磁流变传动输出稳定,且可以无级调控。 展开更多
关键词 柔顺关节 可变刚度 磁流变液
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滚动接触柔性连续体机器人的设计与运动能力分析 被引量:6
5
作者 曹晟阁 于靖军 +1 位作者 潘杰 裴旭 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第19期21-29,共9页
针对航空原位检修领域对机器人在复杂、狭小空间的作业需求,基于滚动接触原理设计了一种新型的柔性连续体机器人,解决了连续体机器人轴向刚度需求与运动柔顺性之间的矛盾。对连续体机器人单元柔性关节和整体系统进行了详细分析,根据机... 针对航空原位检修领域对机器人在复杂、狭小空间的作业需求,基于滚动接触原理设计了一种新型的柔性连续体机器人,解决了连续体机器人轴向刚度需求与运动柔顺性之间的矛盾。对连续体机器人单元柔性关节和整体系统进行了详细分析,根据机器人的冗余自由度特点设计了主动运动与被动运动两种运动策略。对机器人单元关节的力学仿真结果表明,该柔性关节转动刚度适宜,轴向刚度较大。机器人长600 mm,最大弯曲角度大于360°,最小弯曲半径40 mm;实验结果表明该机器人运动柔顺,具备良好的环境自适应能力。 展开更多
关键词 飞机检修 连续体机器人 柔性关节 滚动接触
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液压伺服被动柔顺关节的柔顺特性分析 被引量:5
6
作者 刘纯键 蒋林 +3 位作者 任利胜 潘孝越 周玲 赵慧 《武汉科技大学学报》 CAS 北大核心 2021年第4期270-276,共7页
为了提高输出力矩较大的液压机械臂类机器人的人机物理接触安全性,本文设计了一种液压伺服被动柔顺关节,首先介绍了该关节的结构、基本工作原理及液压控制系统动力学模型,然后借助MATLAB/Simulink工具箱建立关节系统模型并进行碰撞仿真... 为了提高输出力矩较大的液压机械臂类机器人的人机物理接触安全性,本文设计了一种液压伺服被动柔顺关节,首先介绍了该关节的结构、基本工作原理及液压控制系统动力学模型,然后借助MATLAB/Simulink工具箱建立关节系统模型并进行碰撞仿真实验,还通过模拟实验优化了相关参数。模拟结果表明,液压伺服被动柔顺关节具有良好的柔顺性,能够迅速对意外碰撞进行位置反馈调节。 展开更多
关键词 液压伺服 被动柔顺 柔顺关节 柔顺特性 动力学模型 柔顺度
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Driving Torque Reduction in Linkage Mechanisms Using Joint Compliance for Robot Head 被引量:3
7
作者 ZHONG Chunhao YANG Xiaojun 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第5期888-895,共8页
The conventional linkage mechanisms with compliant joint have been widely studied and implemented for increasing the adaptability of the mechanism to external contacts. However, the analysis of how compliant joints in... The conventional linkage mechanisms with compliant joint have been widely studied and implemented for increasing the adaptability of the mechanism to external contacts. However, the analysis of how compliant joints in linkage mechanism can reduce the energy consumption isn't still studied deeply. In a mobile service robot head, the actions of blinking the eyes and moving the eyeballs are realized by the planar linkage mechanism respectively. Therefore, minimizing the driving torques through motion trajectories for the linkage mechanism, which will be beneficial to extend the working time for mobile service robots. The dynamic modeling of the linkage mechanism with springs-loaded compliant joint is established. An optimization procedure for obtaining the optimal parameters of springs is proposed for minimizing the max value of driving torques within a range of desired operating conditions. The Simulations prove that the linkage mechanism with compliant joints can effectively reduce the driving torques, and reduce the energy consumption consequently. The framework can also be applied in other similar applications to reduce the driving torque and save energy. Compared with previous efforts, this is the first attempt that the linkage mechanism with complaint joint is applied in the robot head for reducing the driving torque. 展开更多
关键词 robot head compliant joint linkage mechanism driving torque reduction save energy
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含有柔顺关节的并联机器人轨迹跟踪实验 被引量:4
8
作者 余跃庆 吕强 马兰 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第4期486-492,共7页
使用柔顺关节代替刚性转动副搭建柔顺关节并联机器人实验平台.利用OPTOTRAK测量系统对3-DOF柔顺关节并联机器人动平台轨迹进行测量.实验数据的对比分析表明:柔顺并联机器人运行平稳,由轴向漂移和弹性振动引起的误差均控制在允许范围之内.
关键词 柔顺关节 并联机器人 轨迹跟踪
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基于液压机械臂的主动柔顺控制 被引量:4
9
作者 罗建雄 赵慧 蒋林 《武汉科技大学学报》 CAS 北大核心 2022年第2期127-134,共8页
为了提高液压机械臂的人机物理接触安全性,本文基于液压转角自伺服柔顺关节构建液压机械臂模型,通过仿真模拟研究了机械臂与外界发生意外碰撞及主动接触时的主动柔顺控制。模拟结果表明,当机械臂与环境发生意外碰撞时,借助所改进的阻抗... 为了提高液压机械臂的人机物理接触安全性,本文基于液压转角自伺服柔顺关节构建液压机械臂模型,通过仿真模拟研究了机械臂与外界发生意外碰撞及主动接触时的主动柔顺控制。模拟结果表明,当机械臂与环境发生意外碰撞时,借助所改进的阻抗控制策略,机械臂可以快速逃离碰撞物并与碰撞物保持一个安全的接触力值;当机械臂对未知环境进行力控任务时,采用变阻尼阻抗控制可以实现零稳态误差、低过冲和快速上升的力响应。 展开更多
关键词 液压机械臂 主动柔顺控制 阻抗控制 柔顺关节 PI控制 力跟踪
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可调刚度致动器结构研究综述 被引量:4
10
作者 毕树生 刘畅 +1 位作者 周晓东 于靖军 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第13期34-46,共13页
可调刚度致动器具有本质安全性、高能效以及高动态特性,可以满足新一代机器人在物理性人机交互及高动态运动任务中的性能需求。根据刚度调节原理的不同,对常见的可调刚度致动器进行了分类,并分别对其刚度特性及调节范围、承载能力、变... 可调刚度致动器具有本质安全性、高能效以及高动态特性,可以满足新一代机器人在物理性人机交互及高动态运动任务中的性能需求。根据刚度调节原理的不同,对常见的可调刚度致动器进行了分类,并分别对其刚度特性及调节范围、承载能力、变形能力以及储能能力进行了分析,然后对比和总结了各种刚度调节机构的性能特点。研究者在设计新装置时可以参考这些信息,根据自身应用需求以及不同种类刚度调节方式的性能侧重方向的不同,选择并设计合适的可调刚度致动器。对可调刚度致动器的现有结构存在的问题做出分析和讨论,并对其未来的发展方向做了展望。 展开更多
关键词 可调刚度致动器 柔性关节 柔性机器人
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柔顺铰链连杆机构的位移计算 被引量:2
11
作者 谢先海 廖道训 刘锋 《华中理工大学学报》 CSCD 北大核心 2000年第12期64-65,69,共3页
针对柔顺机构柔性构件的特点 ,研究了非迭代的一步计算方法在柔顺铰链连杆机构的应用问题 ,利用线性方法分析了柔顺铰链连杆机构位移 ,导出了正确的公式 ,给出了一个算例 .
关键词 柔顺机构 柔顺铰链 线性法 位移计算
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基于非接触自适应阻抗控制的液压机械臂 主/被动联合柔顺控制 被引量:2
12
作者 王诗虎 蒋林 +3 位作者 赵慧 朱发强 张兆威 刘焕钊 《武汉科技大学学报》 CAS 北大核心 2023年第1期53-63,共11页
本文引入非接触阻抗控制理论对间接自适应阻抗控制进行改进从而获得非接触自适应阻抗控制。借助MATLAB/simulink仿真平台,将非接触自适应阻抗控制作为液压机械臂的主动柔顺控制并与关节的被动柔顺控制相结合,从而实现对关节的主、被动... 本文引入非接触阻抗控制理论对间接自适应阻抗控制进行改进从而获得非接触自适应阻抗控制。借助MATLAB/simulink仿真平台,将非接触自适应阻抗控制作为液压机械臂的主动柔顺控制并与关节的被动柔顺控制相结合,从而实现对关节的主、被动联合柔顺控制。仿真结果表明,主、被动联合柔顺控制效果较理想,可使机械臂在与环境接触时兼具较好的运动性能与较高的安全性能。 展开更多
关键词 液压机械臂 阻抗控制 柔顺控制 柔顺关节 自适应阻抗控制 主被动联合柔顺控制
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机器人柔顺关节研究综述 被引量:3
13
作者 蔡世波 鲍官军 +1 位作者 胥芳 张立彬 《高技术通讯》 EI CAS 北大核心 2018年第3期233-243,共11页
随着机器人应用向智能工厂、助老助残服务、医疗、教育娱乐等领域不断扩展,机器人的柔顺性和主动适应性设计需求越来越受到研究人员的关注。本文综述了机器人柔顺关节的机构原理,包含了弹性元件被动柔顺关节、气动主动柔顺关节、磁场力... 随着机器人应用向智能工厂、助老助残服务、医疗、教育娱乐等领域不断扩展,机器人的柔顺性和主动适应性设计需求越来越受到研究人员的关注。本文综述了机器人柔顺关节的机构原理,包含了弹性元件被动柔顺关节、气动主动柔顺关节、磁场力柔顺关节和智能材料柔顺关节。进一步分析了当前机器人柔顺关节研究中存在的结构、建模与控制、动力供给等方面的问题。最后指出机器人柔顺关节的研究趋势主要表现在驱动与结构创新、数学建模与控制、多学科交叉与合作研发等方面。 展开更多
关键词 柔顺关节 刚度控制 磁流变液 智能材料
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液压伺服柔顺关节的变刚度设计与研究 被引量:3
14
作者 潘孝越 蒋林 +2 位作者 任利胜 朱建阳 赵慧 《武汉科技大学学报》 CAS 北大核心 2020年第4期290-296,共7页
为了提高输出力矩较大的机械臂类机器人的人机物理接触安全性,本文设计了一种大转矩、刚度可连续变化的液压伺服柔顺关节。首先介绍了关节的结构、伺服机理以及阀控泄漏流量调节关节刚度的原理,然后建立了具有阀控泄漏流量的关节动力学... 为了提高输出力矩较大的机械臂类机器人的人机物理接触安全性,本文设计了一种大转矩、刚度可连续变化的液压伺服柔顺关节。首先介绍了关节的结构、伺服机理以及阀控泄漏流量调节关节刚度的原理,然后建立了具有阀控泄漏流量的关节动力学模型,最后借助MATLAB/Simulink工具箱建立关节系统模型,研究了阀控泄漏流量对关节动态特性和刚度的影响。模拟结果表明,随着阀控泄漏流量的增加,系统的位置跟随性变差,位置误差相应增大,关节的刚度则随之降低。 展开更多
关键词 液压伺服 柔顺关节 变刚度 阀控泄漏流量 动力学模型 动态特性
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含柔顺关节的空间RSSP常力机构建模与分析 被引量:2
15
作者 杨晓钧 舒淦 李兵 《浙江大学学报(工学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期261-267,共7页
为了解决机构在一定输入范围内需要输出常力的问题,提出在一般初始位形下,空间曲柄滑块机构(RSSP)空间柔顺常力机构的建模与参数优化方法.建立机构柔顺关节的变形量与机构无量纲几何参数的关系.运用虚功原理,建立机构输出端与外部环境... 为了解决机构在一定输入范围内需要输出常力的问题,提出在一般初始位形下,空间曲柄滑块机构(RSSP)空间柔顺常力机构的建模与参数优化方法.建立机构柔顺关节的变形量与机构无量纲几何参数的关系.运用虚功原理,建立机构输出端与外部环境接触力与柔顺关节的扭矩的力学模型.以接触力采样点相邻差值和的方法表征接触力波动特征的大小,建立起表征接触力波动的目标函数.优化得出一般初始位形下的空间柔顺常力机构的无量纲化结构参数.设计出实验装置,测得实际输出接触力.结果表明,实际接触力围绕着理论接触常力在5%以内波动. 展开更多
关键词 常力机构 柔顺机构 柔顺关节 RSSP机构
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Spring-Joint Method for Topology Optimization of Planar Passive Compliant Mechanisms 被引量:1
16
作者 JIN Mohui ZHANG Xianmin +1 位作者 ZHU Benliang WANG Nianfeng 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第6期1063-1072,共10页
There is seldom approach developed for the initial topology design of flexure-based compliant mechanisms. The most commonly-used approaches, which start with an existing rigid-body mechanism, do not consider the perfo... There is seldom approach developed for the initial topology design of flexure-based compliant mechanisms. The most commonly-used approaches, which start with an existing rigid-body mechanism, do not consider the performances between different topologies. Moreover, they rely heavily on the rigid-body topology, therefore limit the diversity of compliant mechanisms topology. To obtain the optimal initial topology of such mechanisms directly from problem specifications without referencing to the existing mechanism topologies, a spring-joint method is presented for a restricted class of the serial passive flexure-based compliant mechanisms, which are the building blocks of parallel compliant mechanisms. The topology of the compliant mechanisms is represented by a serial spring-joint mechanism(SSJM) that is a traditional rigid-body mechanism with a torsional spring acting on each joint, and is described by position vectors of the spring-joints. A simplified compliance matrix, determined by the position vectors, is used to characterize the tip of the SSJM kinematically, and is optimized to ensure the desired freedoms of the compliant mechanisms during optimization. The topology optimization problem is formulated as finding out the optimal position of the spring-joints in a blank design domain with an objective function derived from the simplified compliance matrix. In design examples, syntheses of the compliant mechanisms with both single freedom and two decoupled freedoms are presented to illustrate the proposed method. The proposed method provides a new way for the initial design of flexure-based compliant mechanisms. 展开更多
关键词 compliant mechanism SYNTHESIS topology optimization spring-joint
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基于折叠式串联簧片的可调刚度致动器设计 被引量:2
17
作者 刘畅 毕树生 +1 位作者 赵宏哲 周晓东 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第17期70-77,共8页
可调刚度致动器能为机器人动态性能和人机交互安全性带来显著提升。在对常见簧片型变结构式刚度调节机理进行分析总结的基础上设计一种基于折叠串联型平行排布簧片组的新型旋转式可调刚度致动器,分析其刚度调节原理并介绍样机机械结构... 可调刚度致动器能为机器人动态性能和人机交互安全性带来显著提升。在对常见簧片型变结构式刚度调节机理进行分析总结的基础上设计一种基于折叠串联型平行排布簧片组的新型旋转式可调刚度致动器,分析其刚度调节原理并介绍样机机械结构。针对实际刚度调节机构中簧片与滑块滚子的间隙,建立修正的关节旋转刚度解析模型。通过系统试验证明了模型的准确性和整体方案的可行性。折叠式串联簧片的应用使系统在有限的尺寸和足够的承载能力下获得了更大的刚度调节范围。簧片的平行排布设计则实现了多组柔性单元滑块滚子运动的同步及关节驱动与刚度控制的解耦。 展开更多
关键词 可调刚度致动器 柔性关节 簧片 刚度模型
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Compliant landing of a trotting quadruped robot based on hybrid motion/force robust control 被引量:2
18
作者 郎琳 王剑 +1 位作者 韦庆 马宏绪 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第8期1970-1980,共11页
A compliant landing strategy for a trotting quadruped robot on unknown rough terrains based on contact force control is presented. Firstly, in order to lower the disturbance caused by the landing impact force, a landi... A compliant landing strategy for a trotting quadruped robot on unknown rough terrains based on contact force control is presented. Firstly, in order to lower the disturbance caused by the landing impact force, a landing phase is added between the swing phase and the stance phase, where the desired contact force is set as a small positive constant. Secondly, the joint torque optimization of the stance legs is formulated as a quadratic programming(QP) problem subject to equality and inequality/bound constraints. And a primal-dual dynamical system solver based on linear variational inequalities(LVI) is applied to solve this QP problem. Furthermore, based on the optimization results, a hybrid motion/force robust controller is designed to realize the tracking of the contact force, while the constraints of the stance feet landing angles are fulfilled simultaneously. Finally, the experiments are performed to validate the proposed methods. 展开更多
关键词 trotting quadruped robots compliant landing joint torque optimization quadratic programming(QP) hybrid motion/force robust control
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含有柔顺关节的并联机器人应力分析 被引量:2
19
作者 李渊 余跃庆 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期832-836,共5页
为了研究含有柔顺关节的并联机器人系统疲劳寿命和优化设计,基于含有柔顺关节的三自由度平面并联机器人动力学模型,推导动应力理论公式.运用MATLAB软件进行计算,并且与Solid Works、ANSYS和ADAMS三种软件联合共同构建的仿真模型结果进... 为了研究含有柔顺关节的并联机器人系统疲劳寿命和优化设计,基于含有柔顺关节的三自由度平面并联机器人动力学模型,推导动应力理论公式.运用MATLAB软件进行计算,并且与Solid Works、ANSYS和ADAMS三种软件联合共同构建的仿真模型结果进行了对比.结果表明:理论计算和软件仿真所得的应力值变化趋势总体一致,两者相对误差最大值为6.71%,从而相互验证其基本正确有效. 展开更多
关键词 并联机器人 柔顺关节 动应力
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柔顺关节并联机器人固有频率分析 被引量:2
20
作者 李渊 余跃庆 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1138-1143,共6页
为了解含有片簧式柔顺关节的并联机器人振动特性,基于含有片簧式柔顺关节的并联机器人动力学方程,建立了频率方程,并对系统固有频率在机器人运动过程以及工作空间的变化情况进行分析,同时对理论轨迹、软件仿真轨迹与名义轨迹的差值进行... 为了解含有片簧式柔顺关节的并联机器人振动特性,基于含有片簧式柔顺关节的并联机器人动力学方程,建立了频率方程,并对系统固有频率在机器人运动过程以及工作空间的变化情况进行分析,同时对理论轨迹、软件仿真轨迹与名义轨迹的差值进行幅频特性分析来说明理论计算结果和软件仿真结果的正确性,也相互验证了频率方程和幅频特性分析方法的正确性. 展开更多
关键词 并联机器人 柔顺关节 固有频率
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