6-6型绳牵引并联机器人刚度性能优化与动力学建模方法研究

发布时间：2023-01-03 11:44

　　绳牵引并联机器人是近年来最为活跃的机器人研究领域之一。由于传统的刚性连杆被柔性的绳索所取代,使其具有广阔的应用前景和重要的开发价值。考虑到自由度要求和减小干涉等方面,本文以一种6-6型（6绳牵引的6自由度）绳牵引并联机器人为研究对象,完成的主要工作和取得的研究成果如下所示:基于矢量理论对绳牵引并联机器人的运动学位置逆解、速度逆解和加速度逆解进行分析,得到了相应的运动学方程。在规划末端执行器运行圆形轨迹下,进行运动学仿真,得到了绳长、绳长速度、绳长加速度随时间的变化情况,验证了运动学方程的有效性。通过矢量封闭原理分析了绳牵引并联机器人工作空间的存在条件,基于静力平衡方程得到了机器人的力雅各比矩阵。定义两个设计变量,针对末端执行器的不同姿态,分析了6-6型绳牵引并联机器人尺寸与结构的改变对其工作空间体积和形状的影响规律,为机器人的设计提供了系统性的参考依据。利用线矢量和微分变换公式推导出绳牵引并联机器人完整的刚度模型,并通过定义刚度的全域均值和全域波动性来衡量整个工作空间中的刚度性能。利用所建立的刚度模型研究了机器人尺寸与机构的改变对刚度的全域均值和全域波动性的影响规律,并以此为优化目标,... 

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 特点与分类
        1.1.2 典型机构
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 工作空间研究现状
        1.2.2 静刚度研究现状
        1.2.3 结构优化设计研究现状
        1.2.4 动力学建模研究现状
    1.3 本文研究的目的和意义
    1.4 本文研究的主要内容
第二章 绳牵引并联机器人运动学分析
    2.1 机构描述与坐标系的建立
    2.2 绳牵引并联机器人运动学求解
        2.2.1 运动学位置逆解
        2.2.2 运动学速度逆解
        2.2.3 运动学加速度逆解
    2.3 绳牵引并联机器人运动学仿真
    2.4 本章小结
第三章 绳牵引并联机器人静力学与工作空间分析
    3.1 静力学分析
    3.2 工作空间的定义
    3.3 力旋量封闭工作空间分析
        3.3.1 力旋量封闭工作空间定义
        3.3.2 尺寸分析
        3.3.3 姿态分析
        3.3.4 平均工作空间
    3.4 本章小结
第四章 绳牵引并联机器人静刚度分析
    4.1 静刚度模型
        4.1.1 位姿刚度
        4.1.2 位形刚度
    4.2 构建优化模型
        4.2.1 刚度全域均值指标
        4.2.2 刚度全域波动性指标
    4.3 多目标优化
    4.4 刚度分布图谱
    4.5 本章小结
第五章 考虑摩擦情况下的动力学建模与仿真分析
    5.1 末端执行器动力学
    5.2 摩擦模型的构建与仿真
        5.2.1 库伦摩擦模型
        5.2.2 基于库伦摩擦模型的仿真分析
        5.2.3 Dahl摩擦模型
        5.2.4 基于Dahl 摩擦模型的仿真分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
致谢
参考文献
作者简介


【参考文献】：
期刊论文
[1]少输入-多输出并联机构的设计方法及其应用[J]. 沈惠平,邓嘉鸣,孟庆梅,李菊,朱伟.  机械工程学报. 2018(01)
[2]FAST馈源支撑系统的终端精度保证研究[J]. 刘志远,陈炼,邵珠峰,王立平,唐晓强.  机械工程学报. 2017(17)
[3]空间绳牵引并联机器人多目标优化设计[J]. 陈杰,孙霄龙,莫玮.  华东师范大学学报(自然科学版). 2015(01)
[4]考虑柔索振动影响时索牵引并联机器人的动力学分析与控制[J]. 杜敬利,崔传贞,段清娟,保宏.  振动与冲击. 2012(24)
[5]基于最小二乘支持矢量机的四绳牵引6自由度欠约束并联机器人的静刚度分析及优化[J]. 郑亚青,江晓玲.  机械工程学报. 2012(13)
[6]平面绳索牵引并联机器人静态刚度[J]. 王克义,孟浩,张立勋,郭培培.  哈尔滨工程大学学报. 2011(09)
[7]绳牵引并联机器人完备干涉判定条件推导[J]. 苏宇,仇原鹰.  机械工程学报. 2011(15)
[8]绳牵引并联机器人的静刚度解析[J]. 刘欣,仇原鹰,盛英.  机械工程学报. 2011(13)
[9]基于等效模型的索牵引并联机器人的刚度分析[J]. 杜敬利,保宏,崔传贞.  工程力学. 2011(05)
[10]基于索力优化的FAST柔索牵引并联机构的静力学分析[J]. 李辉,朱文白,潘高峰.  工程力学. 2011(04)

博士论文
[1]绳牵引并联机器人的力学分析与性能优化[D]. 苏宇.西安电子科技大学 2014



本文编号：3727407