平面冗余驱动并联机器人动力学分析与主动控制研究
发布时间：2022-12-17 16:54
面向先进制造业领域对高性能并联机器人的应用需求,本文以一种平面冗余驱动并联机器人为主要研究对象,系统研究其刚体动力学建模、性能分析、刚柔耦合非线性动力学建模以及主动控制策略设计等关键问题。全文取得如下成果:（1）以平面3-RRR并联机器人及其衍生出的平面冗余驱动4-RRR并联机器人为分析对象,基于矢量链法,建立其位置逆解模型,并进一步获得了两类机器人的逆速度雅克比矩阵和逆加速度映射模型;在此基础上,针对特定运动轨迹,进行逆运动学仿真;基于间接雅克比矩阵,定义灵巧度指标,对两类机器人进行运动学性能比较分析。结果表明,冗余驱动可有效克服传统非冗余驱动并联机器人工作空间内的第二类奇异,并可有效改善机器人的运动学性能。（2）基于凯恩方程和多体理论,提出了一种模块化建模方法,据此建立了冗余驱动并联机器人和非冗余驱动并联机器人的刚体动力学模型,有效降低了建模复杂度。基于系统刚体动力学模型,定义动态灵巧度指标,据此比较分析了上述非冗余驱动并联机器人和冗余驱动并联机器人的动态性能,并针对特定运动轨迹,开展了逆刚体动力学分析。最后,建立机器人的多体仿真参数化模型,对理论模型的正确性进行了验证。（3）针对...
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 问题的提出及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 多刚体系统动力学研究
1.2.2 多柔体系统动力学研究
1.2.3 控制策略研究
1.3 冗余驱动并联机器人研究现状
1.4 本论文主要研究内容
第二章 运动学建模与性能分析
2.1 引言
2.2 机构介绍
2.3 运动学分析
2.3.1 位置逆解
2.3.2 速度逆解
2.3.3 加速度逆解
2.3.4 工作空间分析
2.4 运动学性能比较分析
2.4.1 逆运动学仿真
2.4.2 运动灵巧度指标
2.4.3 运动学性能比较分析
2.5 本章小结
第三章 多刚体动力学建模与性能分析
3.1 引言
3.2 多刚体动力学建模
3.2.1 Kane方程简介
3.2.2 系统动力学方程建模流程
3.2.3 机构支链刚体动力学建模
3.2.4 机构动平台刚体动力学建模
3.2.5 逆动力学方程求解
3.3 动力学性能分析
3.4 逆刚体动力学仿真
3.4.1 轨迹规划
3.4.2 仿真结果
3.5 多体软件仿真验证
3.6 本章小结
第四章 刚柔耦合动力学建模
4.1 引言
4.2 刚柔耦合动力学建模
4.3 运动学分析
4.3.1 位置分析
4.3.2 速度分析
4.3.3 加速度分析
4.4 任意刚柔混合串联支链的动力学模型
4.4.1 支链动力学模型
4.4.2 刚性动平台动力学模型
4.4.3 完备的系统刚柔耦合非线性动力学模型
4.5 独立广义坐标形式的系统动力学模型
4.6 本章小结
第五章 主动控制策略设计及仿真
5.1 引言
5.2 机电耦合动力学建模
5.2.1 永磁同步伺服电机的动力学模型
5.2.2 机电耦合动力学模型
5.3 奇异摄动模型
5.3.1 慢变子系统模型
5.3.2 快变子系统模型
5.4 复合控制器设计
5.4.1 慢变子系统控制器
5.4.2 快变子系统控制器
5.4.3 复合控制器
5.5 数值仿真验证
5.6 本章小结
第六章 全文总结
6.1 全文结论
6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3-RRR高速并联机器人运动学设计与实验[J]. 高名旺,张宪民,刘晗. 机器人. 2013(06)
[2]少自由度并联机构研究进展[J]. 路懿,胡波. 燕山大学学报. 2011(05)
[3]基于Kane方程的3UPS/S并联机构动力学研究[J]. 李新友,陈五一,韩先国. 机床与液压. 2011(13)
[4]Dynamic modeling and analysis of 3-■RS parallel manipulator with flexible links[J]. 刘善增,余跃庆,朱真才,苏丽颖,刘庆波. Journal of Central South University of Technology. 2010(02)
[5]并联机器人机构运动与动力分析研究现状及展望[J]. 冯志友,李永刚,张策,杨廷力. 中国机械工程. 2006(09)
[6]柔性冗余度机器人残余振动随机最优控制[J]. 宋轶民,余跃庆,张策,吴振勇. 机械工程学报. 2002(09)
[7]基于凯恩方程的新型并联机床动力学研究[J]. 李兵,王知行,李建生. 机械科学与技术. 1999(01)
[8]弹性平面并联机器人的KED分析[J]. 蔡胜利,余跃庆,白师贤. 机械科学与技术. 1997(02)
博士论文
[1]多驱动模式冗余并联机器人设计、多体动力学与控制研究[D]. 梁栋.天津大学 2017
[2]柔性机器人机构动力学分析及振动控制研究[D]. 胡俊峰.华南理工大学 2010
[3]基于神经网络的弹性连杆机构振动主动控制理论、方法与实验研究[D]. 宋轶民.天津大学 1999
本文编号：3720294
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 问题的提出及研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 多刚体系统动力学研究
1.2.2 多柔体系统动力学研究
1.2.3 控制策略研究
1.3 冗余驱动并联机器人研究现状
1.4 本论文主要研究内容
第二章 运动学建模与性能分析
2.1 引言
2.2 机构介绍
2.3 运动学分析
2.3.1 位置逆解
2.3.2 速度逆解
2.3.3 加速度逆解
2.3.4 工作空间分析
2.4 运动学性能比较分析
2.4.1 逆运动学仿真
2.4.2 运动灵巧度指标
2.4.3 运动学性能比较分析
2.5 本章小结
第三章 多刚体动力学建模与性能分析
3.1 引言
3.2 多刚体动力学建模
3.2.1 Kane方程简介
3.2.2 系统动力学方程建模流程
3.2.3 机构支链刚体动力学建模
3.2.4 机构动平台刚体动力学建模
3.2.5 逆动力学方程求解
3.3 动力学性能分析
3.4 逆刚体动力学仿真
3.4.1 轨迹规划
3.4.2 仿真结果
3.5 多体软件仿真验证
3.6 本章小结
第四章 刚柔耦合动力学建模
4.1 引言
4.2 刚柔耦合动力学建模
4.3 运动学分析
4.3.1 位置分析
4.3.2 速度分析
4.3.3 加速度分析
4.4 任意刚柔混合串联支链的动力学模型
4.4.1 支链动力学模型
4.4.2 刚性动平台动力学模型
4.4.3 完备的系统刚柔耦合非线性动力学模型
4.5 独立广义坐标形式的系统动力学模型
4.6 本章小结
第五章 主动控制策略设计及仿真
5.1 引言
5.2 机电耦合动力学建模
5.2.1 永磁同步伺服电机的动力学模型
5.2.2 机电耦合动力学模型
5.3 奇异摄动模型
5.3.1 慢变子系统模型
5.3.2 快变子系统模型
5.4 复合控制器设计
5.4.1 慢变子系统控制器
5.4.2 快变子系统控制器
5.4.3 复合控制器
5.5 数值仿真验证
5.6 本章小结
第六章 全文总结
6.1 全文结论
6.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3-RRR高速并联机器人运动学设计与实验[J]. 高名旺,张宪民,刘晗. 机器人. 2013(06)
[2]少自由度并联机构研究进展[J]. 路懿,胡波. 燕山大学学报. 2011(05)
[3]基于Kane方程的3UPS/S并联机构动力学研究[J]. 李新友,陈五一,韩先国. 机床与液压. 2011(13)
[4]Dynamic modeling and analysis of 3-■RS parallel manipulator with flexible links[J]. 刘善增,余跃庆,朱真才,苏丽颖,刘庆波. Journal of Central South University of Technology. 2010(02)
[5]并联机器人机构运动与动力分析研究现状及展望[J]. 冯志友,李永刚,张策,杨廷力. 中国机械工程. 2006(09)
[6]柔性冗余度机器人残余振动随机最优控制[J]. 宋轶民,余跃庆,张策,吴振勇. 机械工程学报. 2002(09)
[7]基于凯恩方程的新型并联机床动力学研究[J]. 李兵,王知行,李建生. 机械科学与技术. 1999(01)
[8]弹性平面并联机器人的KED分析[J]. 蔡胜利,余跃庆,白师贤. 机械科学与技术. 1997(02)
博士论文
[1]多驱动模式冗余并联机器人设计、多体动力学与控制研究[D]. 梁栋.天津大学 2017
[2]柔性机器人机构动力学分析及振动控制研究[D]. 胡俊峰.华南理工大学 2010
[3]基于神经网络的弹性连杆机构振动主动控制理论、方法与实验研究[D]. 宋轶民.天津大学 1999
本文编号：3720294
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