柔索驱动并联机构系统模型解算与优化

发布时间：2017-06-06 02:12

  本文关键词：柔索驱动并联机构系统模型解算与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：柔索驱动并联机构是一类新型特殊的并联机构。与传统的并联机构不同，，其末端的工作平台通过柔索与固定端连接，通过各柔索协调伸缩实现其末端工作平台位置和姿态的调节。柔索并联机构具有以往并联机构不具备的优点，例如结构简单、机构质量轻、末端平台工作空间大、构型易于重新配置等一系列的优点，因而受到国内外广泛的关注。本文以500米口径大射电望远镜项目为背景，研究柔索驱动并联机构系统，以六根驱动柔索和馈源舱为研究对象，以提高馈源舱位置和姿态的精度为目标，保证馈源舱能够在预定的轨迹上精确运动。本文完成的主要工作如下： 馈源舱由柔索并联机构驱动在百米级以上空间内运动，柔索与悬挂在柔索上传输信息的缆线受到重力的影响，柔索本身会有明显的变形，用悬链线索形或抛物线索形可以相对更真实的表达出柔索的形状，从而保证柔索长度解算的精度。本文首先推导出适合柔索驱动并联机构系统的悬链线方程和抛物线方程；其次通过对系统的力学分析，建立柔索并联系统的非线性静力平衡方程，得出悬链线索形和抛物线索形两种情况下的索力和索长表达式。 对于欠约束并联机构来说，在空间的某一位置，通过改变各索长，馈源舱可以得到无数组姿态，同时也对应无数组索力、索长和姿态角。为了从这无数组解中得到唯一且合理的解，本文采用保证各索力均衡的优化分析方法找到一组最优解；并且提出了对馈源焦面进行离散的方法，对馈源焦面点的柔索索力、索长以及馈源舱姿态角进行了离散分析，判断出柔索并联机构的可控工作空间包含了整个馈源焦面，即所有离散点均存在满足约束条件的解；分析了悬链线索形和抛物线索形下馈源焦面内的优化结果，并在停靠工况和跟踪工况下仿真分析了两种索形下的索力、姿态和索长，通过分析得出悬链线索形比抛物线索形更优；在上述工作的基础上，最后分析了索力偏差与姿态角偏差之间的关系，得出馈源舱的实际姿态偏离理想姿态越大，索力的偏差越大，索力的分配越不均衡，姿态角偏差与索力偏差是相辅相成的关系，同时也证明了采用各索力均衡的优化方法的合理性。
【关键词】：柔索驱动 并联机构 力学分析 焦面离散 优化解算
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 课题研究背景11-13
• 1.2 机器人的研究背景13-15
• 1.3 柔索并联机器人研究意义15-16
• 1.4 柔索并联机器人的研究现状16-20
• 1.4.1 国外研究现状16-19
• 1.4.2 国内研究现状19-20
• 1.5 论文的主要研究内容20-21
• 第2章 柔索并联机构系统力学分析21-37
• 2.1 引言21
• 2.2 柔索并联系统介绍21-25
• 2.2.1 柔索并联系统结构组成及技术指标21-23
• 2.2.2 相关坐标系建立23-25
• 2.3 柔索并联系统数学建模与分析25-36
• 2.3.1 馈源舱静平衡方程建立25-27
• 2.3.2 柔索非线性静平衡方程建立27-34
• 2.3.3 柔索虚牵分析34-35
• 2.3.4 柔性并联系统的非线性静平衡方程建立35-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第3章 索力优化方法研究37-47
• 3.1 引言37
• 3.2 优化理论发展37-38
• 3.3 优化问题的数学描述38-40
• 3.3.1 优化问题三要素38-39
• 3.3.2 优化问题解决方案39-40
• 3.4 优化软件介绍40-43
• 3.4.1 软件概述40
• 3.4.2 优化工具箱40-42
• 3.4.3 有约束非线性最小二乘法42-43
• 3.5 索力目标函数与约束条件建立43-45
• 3.6 本章小结45-47
• 第4章 索力优化分析47-71
• 4.1 引言47
• 4.2 典型位置优化分析47-50
• 4.3 馈源焦面离散50-66
• 4.3.1 焦面离散方法50-52
• 4.3.2 焦面索力优化分析52-54
• 4.3.3 典型轨迹仿真分析54-65
• 4.3.4 两种索形优化及仿真结果对比分析65-66
• 4.4 索力偏差与姿态角偏差分析66-69
• 4.4.1 姿态角偏差定义66
• 4.4.2 最大索力偏差分析66-67
• 4.4.3 索力偏差与姿态偏差分析67-69
• 4.5 本章小结69-71
• 第5章 总结与展望71-73
• 5.1 总结71-72
• 5.2 展望72-73
• 参考文献73-81
• 作者简介及攻读硕士期间取得成果81-83
• 致谢83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：425152