【摘要】：柔索式多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)是并聯(lián)機(jī)器人的一個(gè)重要分支,也是一種新型的多機(jī)器人系統(tǒng),因此,柔索式多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)不但兼并了并聯(lián)機(jī)器人和多機(jī)器人系統(tǒng)的特點(diǎn),而且具有質(zhì)量輕、慣性小、工作空間大和運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。這些特點(diǎn)決定了柔索式多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)其具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和重要的研究?jī)r(jià)值,由于柔索的柔性和單向約束特性,柔索式多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)的剛性支撐并聯(lián)機(jī)器人具有很多不同的特點(diǎn),具有很大的理論研究意義和使用價(jià)值。首先,針對(duì)考慮機(jī)器人末端和柔索連接點(diǎn)具更廣義性的3個(gè)平移自由度情況的柔索式多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng),建立吊運(yùn)系統(tǒng)的廣義運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并分別利用旋量平衡方程和拉格朗日方程兩種方法建立了吊運(yùn)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。對(duì)吊運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)解的問(wèn)題進(jìn)行了分類(lèi)討論,并針對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解分別給出了不同的解決辦法;緊接著,針對(duì)存在多組解的情況給出了優(yōu)化模型尋找最優(yōu)解的方法。應(yīng)用軟件UG/ADAMS/MATLAB建立了吊運(yùn)系統(tǒng)的聯(lián)合控制仿真平臺(tái),通過(guò)實(shí)例仿真(包括聯(lián)合控制仿真和數(shù)值計(jì)算仿真)驗(yàn)證了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,并說(shuō)明了求解的方法。然后,分別建立了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差模型和柔索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差模型,通過(guò)聯(lián)立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)誤差模型和柔索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)誤差模型得到了吊運(yùn)系統(tǒng)的包含誤差源的綜合運(yùn)動(dòng)誤差模型;緊接著,對(duì)其誤差源靈敏度進(jìn)行了分析。通過(guò)實(shí)例計(jì)算仿真得到了各誤差源的靈敏度,即各誤差源對(duì)被吊運(yùn)物運(yùn)動(dòng)誤差的影響程度由高到低依次為各機(jī)器人關(guān)節(jié)角、機(jī)器人連桿的原始精度、柔索的長(zhǎng)度和被吊運(yùn)物和柔索連接結(jié)點(diǎn)的間距。為吊運(yùn)系統(tǒng)的機(jī)械精度的選擇和控制方法的要求提供了理論依據(jù),以達(dá)到最大程度的提高吊運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度。隨后,針對(duì)欠約束機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)平衡工作空間和動(dòng)力學(xué)工作空間進(jìn)行研究,由于欠約束的原因,系統(tǒng)不能滿(mǎn)足力旋量封閉條件,故用虛擬柔索法給出了該欠約束系統(tǒng)力旋量封閉的解決方案。在靜力學(xué)平衡工作空間中,主要應(yīng)用廣義逆矩陣?yán)斫o出了柔索拉力的表達(dá)式,并結(jié)合蒙特卡洛方法給出了靜力學(xué)平衡工作空間的計(jì)算步驟;在動(dòng)力學(xué)工作空間中,主要應(yīng)用矩陣Moore-Penrose廣義逆理論進(jìn)行了分析,并采用結(jié)構(gòu)矩陣條件數(shù)來(lái)衡量動(dòng)力學(xué)工作空間質(zhì)量的好壞,通過(guò)仿真計(jì)算得到了各影響因素對(duì)動(dòng)力學(xué)工作空間的影響情況和三類(lèi)吊運(yùn)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)工作空間質(zhì)量的關(guān)系。緊接著,針對(duì)系統(tǒng)的特性,分別給出了不同情況下的穩(wěn)定性定義,應(yīng)用克拉索夫斯基法分析了吊運(yùn)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性,并給出了吊運(yùn)系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法,通過(guò)實(shí)例仿真得到了三類(lèi)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定程度以及三類(lèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定性關(guān)系。分別提出基于柔索拉力變化率及比值方法和基于力位姿混合動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)兩種方法給出了吊運(yùn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方法,并在后者的基礎(chǔ)上,分別定義了吊運(yùn)系統(tǒng)的穩(wěn)定工作空間和抗干擾穩(wěn)定工作空間,通過(guò)仿真計(jì)算得到了各影響因素對(duì)動(dòng)力學(xué)工作空間穩(wěn)定性的影響情況和影響規(guī)律,以及動(dòng)力學(xué)工作空間不同部位的穩(wěn)定性高低情況。最后,在上述理論分析的基礎(chǔ)上,搭建了滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求的實(shí)體實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并利用Visual Basic軟件編寫(xiě)了吊運(yùn)系統(tǒng)的上位機(jī)控制界面,進(jìn)行了軌跡規(guī)劃實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步驗(yàn)證了模型的正確性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TP242

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2282665