柔索式紧耦合多机器人吊运系统建模和稳定性分析

发布时间：2018-10-20 08:56

【摘要】：柔索式多机器人吊运系统是并联机器人的一个重要分支,也是一种新型的多机器人系统,因此,柔索式多机器人吊运系统不但兼并了并联机器人和多机器人系统的特点,而且具有质量轻、惯性小、工作空间大和运动灵活等优点。这些特点决定了柔索式多机器人吊运系统其具有广泛的应用领域和重要的研究价值,由于柔索的柔性和单向约束特性,柔索式多机器人吊运系统和传统的刚性支撑并联机器人具有很多不同的特点,具有很大的理论研究意义和使用价值。首先,针对考虑机器人末端和柔索连接点具更广义性的3个平移自由度情况的柔索式多机器人吊运系统,建立吊运系统的广义运动学模型,并分别利用旋量平衡方程和拉格朗日方程两种方法建立了吊运系统的动力学模型。对吊运系统的运动学解的问题进行了分类讨论,并针对运动学正、逆解分别给出了不同的解决办法;紧接着,针对存在多组解的情况给出了优化模型寻找最优解的方法。应用软件UG/ADAMS/MATLAB建立了吊运系统的联合控制仿真平台,通过实例仿真(包括联合控制仿真和数值计算仿真)验证了系统运动学和动力学模型,并说明了求解的方法。然后,分别建立了机器人运动误差模型和柔索并联机构的运动误差模型,通过联立机器人运动误差模型和柔索并联机构的运动误差模型得到了吊运系统的包含误差源的综合运动误差模型;紧接着,对其误差源灵敏度进行了分析。通过实例计算仿真得到了各误差源的灵敏度,即各误差源对被吊运物运动误差的影响程度由高到低依次为各机器人关节角、机器人连杆的原始精度、柔索的长度和被吊运物和柔索连接结点的间距。为吊运系统的机械精度的选择和控制方法的要求提供了理论依据,以达到最大程度的提高吊运系统的运动精度。随后,针对欠约束机构定位机构的静力学平衡工作空间和动力学工作空间进行研究,由于欠约束的原因,系统不能满足力旋量封闭条件,故用虚拟柔索法给出了该欠约束系统力旋量封闭的解决方案。在静力学平衡工作空间中,主要应用广义逆矩阵理给出了柔索拉力的表达式,并结合蒙特卡洛方法给出了静力学平衡工作空间的计算步骤;在动力学工作空间中,主要应用矩阵Moore-Penrose广义逆理论进行了分析,并采用结构矩阵条件数来衡量动力学工作空间质量的好坏,通过仿真计算得到了各影响因素对动力学工作空间的影响情况和三类吊运系统的动力学工作空间质量的关系。紧接着,针对系统的特性,分别给出了不同情况下的稳定性定义,应用克拉索夫斯基法分析了吊运系统的静态稳定性,并给出了吊运系统静态稳定性的评价方法,通过实例仿真得到了三类系统的静态稳定程度以及三类系统的稳定性关系。分别提出基于柔索拉力变化率及比值方法和基于力位姿混合动态运动稳定性评价两种方法给出了吊运系统的动态运动稳定性的评价方法,并在后者的基础上,分别定义了吊运系统的稳定工作空间和抗干扰稳定工作空间,通过仿真计算得到了各影响因素对动力学工作空间稳定性的影响情况和影响规律,以及动力学工作空间不同部位的稳定性高低情况。最后,在上述理论分析的基础上,搭建了满足实验要求的实体实验平台,并利用Visual Basic软件编写了吊运系统的上位机控制界面,进行了轨迹规划实验,进一步验证了模型的正确性。
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【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】

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4 苏程;王砚麟;刘继涛;赵志刚;;紧耦合多机器人联合吊运系统虚拟平台仿真分析[J];系统仿真学报;2015年12期

5 王砚麟;赵志刚;石广田;;多机器人协调吊运系统控制优化仿真[J];计算机仿真;2015年10期

6 李巍;赵志刚;石广田;孟佳东;;多机器人并联绳牵引系统的运动学及动力学解[J];浙江大学学报(工学版);2015年10期

7 赵志刚;滕富军;石广田;李劲松;季钢;;多机器人联合吊运系统可行域分析与求解[J];上海交通大学学报;2015年08期

8 颜玉娇;尚伟伟;;6自由度绳索牵引并联机器人的悬链线建模与动力学分析[J];中国科学技术大学学报;2015年07期

9 刘鹏;仇原鹰;;绳牵引摄像机器人的力位混合稳定性评价方法[J];西安电子科技大学学报;2016年01期

10 李瑞琴;杨斌;;基于D-H矩阵的3-RSR并联机器人的误差建模(英文)[J];Journal of Measurement Science and Instrumentation;2014年03期

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3 王克义;绳索牵引骨盆运动控制康复机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

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5 杜敬利;超大型天线馈源索支撑系统与索网主动主反射面的力学分析与优化设计[D];西安电子科技大学;2006年

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8 仇原鹰;大射电望远镜馈源支撑与指向跟踪系统的力学模型分析及实验研究[D];西安电子科技大学;2002年

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2 颜玉娇;绳索牵引并联机器人的动力学建模与控制研究[D];中国科学技术大学;2015年

3 滕富军;缆索紧耦合多机器人建模与工作空间分析[D];兰州交通大学;2015年

4 于兰;一种3根绳牵引的6自由度起重机器人的机构设计、分析与控制[D];华侨大学;2012年

5 梁永红;冗余绳牵引并联机器人工作空间求解方法及性能的研究[D];西安电子科技大学;2010年

6 田磊;多机协调吊装平台控制系统设计与研究[D];上海交通大学;2007年

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本文编号：2282665