基于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的柔順機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究的開(kāi)題報(bào)告

基于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的柔順機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究的開(kāi)題報(bào)告一、選題背景及意義在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中，機(jī)械臂可以用來(lái)代替人工完成重復(fù)性、精密性以及危險(xiǎn)性高的工作，特別是在醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工、電子制造等領(lǐng)域，柔順機(jī)械臂能夠更好地完成細(xì)小和敏感的操作任務(wù)。傳統(tǒng)機(jī)械臂結(jié)構(gòu)通常采用剛體設(shè)計(jì)，由于其在高速擺動(dòng)等應(yīng)用中會(huì)產(chǎn)生很大的碰撞力，因此在醫(yī)療領(lǐng)域、精密加工領(lǐng)域等應(yīng)用中有很多局限性。相反，柔性機(jī)械臂能夠在一定程度上模擬人的運(yùn)動(dòng)方式，增強(qiáng)對(duì)不規(guī)則環(huán)境的自適應(yīng)能力，能夠更好地完成各種高精度的操作。柔性機(jī)械臂中的串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器（SEA）結(jié)構(gòu)，是近年來(lái)被普遍采用的一種結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將機(jī)械傳動(dòng)和彈性設(shè)備結(jié)合在一起，使機(jī)械臂具有較強(qiáng)的柔性和自適應(yīng)性，并且能夠具有很好的力-位置控制性能。因此，基于串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器的柔順機(jī)械臂在各個(gè)領(lǐng)域有越來(lái)越多的應(yīng)用。本研究擬采用串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一種柔順機(jī)械臂，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，旨在探究該結(jié)構(gòu)下柔性機(jī)械臂的力-位置控制性能，為柔性機(jī)械臂應(yīng)用的發(fā)展提供技術(shù)支持。二、研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)（1）研究串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器柔順機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，包括機(jī)械臂的外形、關(guān)節(jié)的數(shù)量及間距、傳動(dòng)設(shè)計(jì)及彈性設(shè)計(jì)等；（2）研究串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器柔順機(jī)械臂的力-位置控制方法，分析控制方法的優(yōu)劣，并進(jìn)行控制算法設(shè)計(jì)；（3）搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證柔順機(jī)械臂力-位置控制性能，對(duì)比不同控制算法的效果；（4）總結(jié)柔順機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究，提出下一步的改進(jìn)和應(yīng)用方向。三、研究方法和技術(shù)路線（1）文獻(xiàn)調(diào)研法：通過(guò)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，了解串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器柔順機(jī)械臂的研究歷程和現(xiàn)狀，掌握不同研究團(tuán)隊(duì)的成功經(jīng)驗(yàn)和不足之處。（2）建模分析法：采用SolidWorks等軟件對(duì)柔順機(jī)械臂進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行模態(tài)分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、靜力學(xué)分析等，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（3）控制算法設(shè)計(jì)：綜合了解串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器柔順機(jī)械臂的控制方法，選擇適合的控制算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，并結(jié)合MATLAB等軟件進(jìn)行仿真和優(yōu)化。（4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證法：通過(guò)搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)柔順機(jī)械臂的力-位置控制性能進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)控制算法進(jìn)行比對(duì)分析。四、預(yù)期成果（1）完成串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器柔順機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力-位置控制算法設(shè)計(jì)；（2）實(shí)現(xiàn)柔順機(jī)械臂的力-位置控制，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證其性能；（3）撰寫(xiě)柔順機(jī)械臂的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究論文，發(fā)表國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊。五、研究難點(diǎn)和解決方案柔順機(jī)械臂的力-位置控制是該研究的難點(diǎn)之一，需要綜合考慮機(jī)械臂結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、模型參數(shù)估計(jì)、控制算法設(shè)計(jì)等多個(gè)因素。針對(duì)該難點(diǎn)，可采取以下解決方案：（1）通過(guò)三維建模和模態(tài)分析，準(zhǔn)確地估計(jì)柔順機(jī)械臂的自然頻率和振動(dòng)特性等參數(shù)；（2）綜合比較不同控制算法的