缆系式紧耦合多机器人吊运系统刚度建模及分析

发布时间：2018-03-28 01:01

本文选题：多机器人　切入点：吊运系统　出处：《兰州交通大学》2017年硕士论文

【摘要】：机器人应用技术快速发展,这使得人们对于机器人功能的需求不断增加,机器人适用的工作场所和使用方式也在不断的拓展,然而对于较为繁复的工作,使用单独的机器人完成工作,已不是最优的实践方案,而是采用多个机器人协同工作的方式,组建成多机器人系统。首先,对于缆系式紧耦合多机器人吊运系统力学与运动学进行分析,对于其进行静力学分析,推导出空间力平衡方程,进一步得到每根柔索上的拉力,通过分析作用于机器人上的力与形变,得到机器人的静刚度。其次,对于缆系式紧耦合多机器人吊运系统进行动力学分析,根据达朗贝尔原理,列出缆系式紧耦合多机器人吊运系统动力学方程。然后,对于缆系式紧耦合多机器人吊运系统的运动学进行了分析,分析正运动学时,先分析机器人的运动学,再以机器人末端位置和缆绳长度,建立机器人末端与吊运物之间的运动关系。分析逆运动学时,考虑其逆运动学相对复杂,因此首先分析吊运物与机器人末端的逆运动学,然后得到机器人末端位置,再分析机器人的逆运动学,从而完成对缆系式紧耦合多机器人吊运系统的逆运动学的分析。研究缆系式紧耦合多机器人吊运系统的静刚度与动刚度,对于其特性进行了分析与验证,首先,分析考虑机器人末端变化以及刚度的系统模型,建立了吊运系统的静刚度模型,并且结合柔索刚度小于机器人刚度的实际情况,得出了柔索刚度对于吊运系统的影响大于机器人刚度的结论。基于空间力平衡方程,建立了包含变机器人末端位置的机器人形变和柔索形变模型。模型不仅考虑了柔索的单向受拉性及柔索具有的自由度特性因素,并且结合机器人刚性形变引起的末端位置变化,建立了吊运系统的刚度模型。基于空间几何位置关系,建立了吊运物位置模型。其次,建立了缆系式紧耦合多机器人吊运系统的动刚度模型,分析吊运系统与其固有频率之间的相互关系。对于缆系式紧耦合多机器人吊运系统的可行域进行了分析,首先分析机器人末端可行域,构建机器人可行域的模型。其次,对于缆系式紧耦合多机器人吊运系统空间的几何位置进行了分析,同时对其所受的约束条件进行了分析,建立吊运物的位置坐标方程,在基于刚度的情况下求解缆系式紧耦合多机器人吊运系统的可行域,通过仿真求解得到吊运系统的可行域,并且设立对比实验,在不同刚度条件下,分析刚度对于可行域的影响,得到了基于刚度的机器人可行域模型,同时为进一步的可行域规划提供理论依据。模型考虑了机器人静刚度对于吊运系统可行域的影响。通过仿真实验,得出了考虑静刚度的缆系式紧耦合多机器人吊运系统的可行域。分析得到的结果,发生形变后的可行域产生变形,并且竖直方向上形变量最大。最后,分析刚度对于吊运物运动轨迹的影响,得到仿真轨迹。对于建立的缆系式紧耦合多机器人吊运系统的刚度模型进行实验验证,首先结合理论需求以及实际情况,考量了实验方案的可行性与可操作性,确立了实验的基本方案。其次,对于实验平台进行搭建,以及对满足实验需求的具体器材进行说明,其具体组成包括上位机、运动控制卡、步进电机驱动器、导轨、电机、负载、位姿测量装置等。再次,对于实验的具体数据采集进行规划,完成了实验数据的采集与理论结果的对比,其中包括静状态下的对比实验与动状态下的对比实验,静刚度实验验证了吊运物重量与坐标位置位移的关系,动刚度实验验证了动刚度模型仿真轨迹与实际测量轨迹的一致性。考虑到电机本身的振动、机器人和柔索的弹性等客观原因,通过对比由理论模型得到的仿真轨迹与实际测量轨迹,发现两者有较高的一致性,从而证明理论模型的正确性。
[Abstract]:In this paper , the kinematics of the robot is analyzed and the kinematics of the robot is analyzed . The kinematics of the robot is analyzed and the kinematics of the robot is analyzed . In this paper , the feasibility and feasibility of experimental data are analyzed by simulation experiments .

【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【参考文献】