柔性欠驱动机械臂的动力学运动规划

发布时间：2023-03-12 04:42

　　随着人们对宇宙探索的不断深入,对轻质、高速、节能的空间机器人的研究显得尤为重要和迫切,同时也要求原有的空间机器人能具有更好的容错性能和在故障状态下仍然可以完成任务的能力。欠驱动机械臂就是在这样的背景下出现的一种新类型的机器人,其主要特点是输入空间(即控制空间)维数小于位形空间维数。同时,被动关节的约束方程又是不可积的,具有二阶非完整约束特性。控制这种系统已经成为机器人学和控制工程领域的一个主要焦点。 本文以平面二连杆欠驱动机械臂为主要研究对象,应用平均方法和庞卡莱映射分析对象的动力学行为,并据此给出一种可行的控制方法。论文内容主要包括可以分为下面三个部分: 第一部分介绍了国内外有关欠驱动和柔性机器人方面的研究现状和前景。并深入学习了非线性动力学的有关理论和方法; 第二部分针对平面2R欠驱动机械臂建立了系统的动力学模型,采用非线性动力学理论中的平均方法和庞卡莱映射方法,分析了平面2R欠驱动机械臂在小幅振荡输入作用下的系统运动行为,揭示了如下基本事实:(1)、在同一小振幅和高频率周期输入作用下,被动关节运动随初始状态的不同而做不同振幅的周期运动;(2)、在被动关节初始状态相同的条件下,不同...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 绪论
    1.1 欠驱动系统和柔性系统简介
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 柔性机器人研究现状
        1.2.2 欠驱动机器人研究现状
        1.2.3 可重构机器人
        1.2.4 柔性欠驱动机器人研究现状
    1.3 柔性欠驱动机械臂系统的发展和应用前景
    1.4 本文的主要工作
2 相关数学基础
    2.1 基本概念
    2.2 平均方法
    2.3 庞卡莱映射
    2.4 椭圆积分和雅克比椭圆函数
    2.5 本章小结
3 机械臂动力学建模与平均分析
    3.1 欠驱动机械臂模型
    3.2 广义平均变换
        3.2.1 部分线性化
        3.2.2 选择适合的振动参数
        3.2.3 平均系统的标准形式变换
        3.2.4 平均分析
    3.3 欠驱动机械臂模型的平均分析
    3.4 本章小节
4 振动控制设计
    4.1 观察系统特性
        4.1.1 平均系统方程的解
        4.1.2 系统相图和庞加莱映射分析
        4.1.3 振幅修正分析
        4.1.4 系统混沌分析
    4.2 振荡控制设计
        4.2.1 控制过程分析
        4.2.2 不同状态控制的算法
        4.2.3 算法小结
    4.3 控制仿真实例
    4.4 本章小节
5 柔性机械臂模型
    5.1 柔性机械臂的结构分析
    5.2 建模方法选择
    5.3 系统动能、势能及广义力
        5.3.1 动能与耦合项
        5.3.2 系统势能
        5.3.3 广义力
    5.4 模型修正
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
附录一、庞加莱映射Matlab程序
附录二、振动控制程序
在学研究成果
致谢



本文编号：3760965