發(fā)布時間：2020-07-01 06:56

【摘要】：并聯(lián)機器人具有剛度大、慣量小、高速高精度的優(yōu)勢,其應用能涵蓋工業(yè)、特種、服務等幾乎所有機器人應用領(lǐng)域。相對其高性能發(fā)展要求,理論基礎(chǔ)遠未成熟。為此,本文開展了相關(guān)研究,涉及運動學和動力學的模型與算法、機構(gòu)與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計、主動振動控制算法,分為以下幾個方面。研究了六自由度并聯(lián)機器人的正向運動學問題。提出了這類問題迄今為止最高效的數(shù)值算法,討論了其收斂性與奇異性問題,揭示了算法非奇異的條件。該算法適用于全驅(qū)動和冗余驅(qū)動的情形,相比傳統(tǒng)牛頓迭代算法,提高了64倍的計算效率,能用于任務空間的閉環(huán)控制中。研究了六自由度并聯(lián)機器人無奇異關(guān)節(jié)空間和工作空間的表示和計算問題。提出了首先確定最大無奇異關(guān)節(jié)空間,然后自動獲得最大無奇異工作空間的策略。提出了在關(guān)節(jié)空間中檢測奇異性的算法,能快速確定最大無奇異工作空間,為機器人工作的安全性提供了保障。研究了計算高效的六自由度并聯(lián)機器人反向動力學求解方法。選擇一個單位對偶四元數(shù)為系統(tǒng)的廣義坐標,采用虛功率原理建立運動方程,生成計算高效的反向動力學解。對于6-UPS和6-PUS并聯(lián)機器人,新方法相比傳統(tǒng)方程分別減少了43.45%和38.45%的計算量。研究了基于Stewart機構(gòu)的六軸隔振平臺的運動學性能優(yōu)化設(shè)計問題。提出了尺度均勻雅可比矩陣生成方法,解決了Stewart機構(gòu)雅可比分析時轉(zhuǎn)動和移動量綱不一致的問題。以局部運動學各向同性為性能指標,采用遺傳算法獲得最優(yōu)構(gòu)型。研究了基于Stewart機構(gòu)的六軸隔振平臺的動力學各向同性設(shè)計與分散主動控制。首次找到了平臺工作在自由漂浮狀態(tài)下,動力學完全各向同性的解析條件。揭示了動力學各向同性和運動學各向同性間的內(nèi)在聯(lián)系。針對動力學各向同性的隔振平臺設(shè)計了分散控制器,閉環(huán)系統(tǒng)具有各向同性的性質(zhì),在所有方向上有一致的隔振性能。研究了柔性Stewart平臺的建模和主動振動控制方法。利用偽剛體模型和虛功率原理,推導了具有足夠精度和簡潔性的顯式線性化動力學方程。設(shè)計了基于關(guān)節(jié)空間力/位反饋的解耦控制算法,位置反饋抵消了柔性鉸鏈的寄生彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的作用,力反饋實現(xiàn)模態(tài)空間振動控制�？刂破鞯谋壤鲆婧头e分增益可以分別調(diào)節(jié)六個振動模態(tài)的轉(zhuǎn)折頻率和主動阻尼。論文研究工作為并聯(lián)機器人的高端化和高性能內(nèi)涵提升提供了理論基礎(chǔ)的新發(fā)展,可以有力地指導高速高精度并聯(lián)機器人的設(shè)計、運動分析與控制運行。論文的最后對下一步研究工作進行了展望。
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP242
【圖文】：

臺可以這樣完全自由的運動時，這類并聯(lián)機器人稱為（例如 UPS、PUS、RUS、6R）對運動平臺沒有產(chǎn)生運六自由度并聯(lián)機器人的一個支鏈。六自由度并聯(lián)機器S 構(gòu)型。實際上，這種構(gòu)型最早由 Gough[10]發(fā)明，被用出一種六自由度平臺用作飛行模擬器后，調(diào)整球鉸的后，Stewart 與論文評審人探討了該平臺潛在的工程應、海上石油鉆井平臺等，引起了學術(shù)界和工業(yè)界極大的被稱為 Stewart 平臺，現(xiàn)在越來越多地被稱作 Gough用十分廣泛，關(guān)于飛行模擬、并聯(lián)機床、汽車懸架測列出兩個最新的應用。德國人工智能研究中心(DFKI，如圖 1.1 和圖 1.2 所示，其中，人工脊柱采用了 S，性能超越了傳統(tǒng)仿生結(jié)構(gòu)，同時 UPS 運動鏈中集成的作用，同時能檢測脊柱受到的六維力/力矩。耶 Stewart 平臺的靈巧手，如圖 1.3 所示，通過欠驅(qū)動差動作動器連接起來，能夠?qū)崿F(xiàn)在抓取物體的同時，進行

圖 1.2 集成力傳感器的 UPS 運動鏈圖 1.3 基于 Stewart 平臺的靈巧手是采用 PUS 運動鏈，如圖 1.4 所示，該 6-PUS 并聯(lián)機也可以用作六維振動模擬器。相比采用 UPS 運動鏈

【參考文獻】

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 楊小龍;基于Stewart機構(gòu)的隔振技術(shù)研究[D];南京航空航天大學;2014年

本文編號：2736431