四索牵引并联机器人的动力学分析与振动控制
发布时间：2021-05-16 22:20
本文的研究对象为四索牵引并联机器人,由于四索牵引并联机器人具有运动惯性小、制造成本低以及响应速度快等特点,在深海打捞以及救援、大型射电望远镜等国防军工和生产生活领域得到了广泛的运用。在对四索牵引并联机器人系统进行运动学分析时,忽略柔性索的弹性形变会导致对机器人系统进行运动学分析时产生较大的误差,无法准确描述机器人系统;与此同时,四索牵引并联机器人在工作空间中进行运动时,四根柔性索会不可避免地产生振动,带动系统末端执行器的振动,这就使得整个机器人系统发生低频振动,直接影响末端执行器工作时的运动精度。本文主要对四索牵引并联机器人系统进行运动学、动力学分析,并在其基础上提出一个振动控制策略对系统进行振动控制,具体工作如下:1.分析四索牵引并联机器人系统模型结构,并求解和讨论系统的雅可比矩阵;在考虑柔性索弹性形变情况下,求解机器人系统的运动学逆解,通过最小势能原理和牛顿迭代法求解系统的运动学正解;最后在Mathematica软件辅助下进行仿真,并与使用ANSYS分析得到的结果做对比验证。2.在考虑柔性索弹性形变及其自重情况下,简化柔性索模型并通过模拟柔性索的自由振动,将模态函数假设为三角函数形...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 索牵引并联机器人发展现状
1.3 索牵引并联机器人理论研究概况
1.4 本文研究内容及章节安排
第二章 四索牵引并联机器人运动学分析
2.1 引言
2.2 四索牵引并联机器人的模型结构
2.3 四索牵引并联机器人的雅可比矩阵
2.4 四索牵引并联机器人的运动学逆解分析
2.4.1 考虑柔性索形变的运动学位置逆解分析
2.4.2 四索牵引并联机器人系统运动学逆解分析
2.5 考虑柔性索弹性形变的运动学正解分析
2.5.1 最小势能原理
2.5.2 牛顿迭代法
2.6 数值仿真算例
2.6.1 正解验证
2.6.2 运动学正、逆解分析
2.7 本章小结
第三章 基于假设模态法的动力学分析
3.1 引言
3.2 假设模态法理论推导
3.2.1 假设模态的选取
3.2.2 柔性索局部坐标系的建立
3.3 假设模态法求解动力学模型
3.3.1 单根柔性索动力学方程处理
3.3.2 末端执行器动力学方程处理
3.4 系统动力学模型数值仿真
3.4.1 假设模态法动力学仿真
3.4.2 忽略坐标转换矩阵对时间的导数影响
3.5 本章小结
第四章 基于有限单元法的动力学分析和振动控制
4.1 引言
4.2 有限单元法建立动力学模型
4.2.1 柔性索单元的有限单元模型
4.2.2 建立系统动力学方程
4.3 四索并联机器人振动控制器设计
4.3.1 轨迹跟踪控制器设计
4.3.2 柔性索振动抑制控制器设计
4.4 数值算例仿真
4.4.1 有限单元法仿真算例
4.4.2 控制策略仿真分析
4.4.3 存在扰动时的振动控制
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种绳牵引摄像机器人的运动控制策略与稳定性研究[J]. 韦慧玲,仇原鹰,盛英. 振动与冲击. 2017(09)
[2]FAST 50m模型馈源支撑系统的结构参数优化[J]. 段清娟,殷成熙,段宝岩. 机械工程学报. 2017(17)
[3]基于线驱动并联机构的FAST馈源平台位姿测量方法[J]. 韩旺,段学超,仇原鹰,段宝岩. 机械工程学报. 2017(17)
[4]牛顿迭代法的直观诠释[J]. 李光华,李双娥. 哈尔滨职业技术学院学报. 2016(03)
[5]风洞层流风场中的WDPSS-8机器人系统的末端位姿偏移及补偿[J]. 王梓,郑亚青. 华侨大学学报(自然科学版). 2015(05)
[6]最小势能原理中总势能表达式的理解[J]. 郭空明,徐亚兰. 山西建筑. 2015(25)
[7]柔性并联机器人系统的运动规划[J]. 王文利,曹鸿钧. 西安电子科技大学学报. 2014(06)
[8]高速柔索牵引摄像机器人动力工作空间研究[J]. 于亮亮,仇原鹰,苏宇. 工程力学. 2013(11)
[9]大范围运动柔性结构动力学离散方法比较研究[J]. 王云,郑钢铁. 强度与环境. 2013(03)
[10]索牵引并联机器人中变长度柔索的动力学分析[J]. 杜敬利,保宏,宗亚雳,崔传贞. 振动与冲击. 2011(08)
博士论文
[1]两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究[D]. 刘欣.西安电子科技大学 2009
[2]超大型天线馈源指向跟踪系统的力学分析及控制研究[D]. 訾斌.西安电子科技大学 2007
[3]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]. 杜敬利.西安电子科技大学 2006
[4]大型射电望远镜馈源指向系统的控制、优化与实验[D]. 保宏.西安电子科技大学 2005
[5]绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究[D]. 郑亚青.华侨大学 2004
硕士论文
[1]索牵引并联机器人的运动学分析及其标定[D]. 丁文.西安电子科技大学 2014
[2]一种四索牵引平动并联机器人的运动分析与控制[D]. 曾金桥.西安电子科技大学 2013
本文编号：3190508
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：116 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 索牵引并联机器人发展现状
1.3 索牵引并联机器人理论研究概况
1.4 本文研究内容及章节安排
第二章 四索牵引并联机器人运动学分析
2.1 引言
2.2 四索牵引并联机器人的模型结构
2.3 四索牵引并联机器人的雅可比矩阵
2.4 四索牵引并联机器人的运动学逆解分析
2.4.1 考虑柔性索形变的运动学位置逆解分析
2.4.2 四索牵引并联机器人系统运动学逆解分析
2.5 考虑柔性索弹性形变的运动学正解分析
2.5.1 最小势能原理
2.5.2 牛顿迭代法
2.6 数值仿真算例
2.6.1 正解验证
2.6.2 运动学正、逆解分析
2.7 本章小结
第三章 基于假设模态法的动力学分析
3.1 引言
3.2 假设模态法理论推导
3.2.1 假设模态的选取
3.2.2 柔性索局部坐标系的建立
3.3 假设模态法求解动力学模型
3.3.1 单根柔性索动力学方程处理
3.3.2 末端执行器动力学方程处理
3.4 系统动力学模型数值仿真
3.4.1 假设模态法动力学仿真
3.4.2 忽略坐标转换矩阵对时间的导数影响
3.5 本章小结
第四章 基于有限单元法的动力学分析和振动控制
4.1 引言
4.2 有限单元法建立动力学模型
4.2.1 柔性索单元的有限单元模型
4.2.2 建立系统动力学方程
4.3 四索并联机器人振动控制器设计
4.3.1 轨迹跟踪控制器设计
4.3.2 柔性索振动抑制控制器设计
4.4 数值算例仿真
4.4.1 有限单元法仿真算例
4.4.2 控制策略仿真分析
4.4.3 存在扰动时的振动控制
4.5 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 总结
5.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种绳牵引摄像机器人的运动控制策略与稳定性研究[J]. 韦慧玲,仇原鹰,盛英. 振动与冲击. 2017(09)
[2]FAST 50m模型馈源支撑系统的结构参数优化[J]. 段清娟,殷成熙,段宝岩. 机械工程学报. 2017(17)
[3]基于线驱动并联机构的FAST馈源平台位姿测量方法[J]. 韩旺,段学超,仇原鹰,段宝岩. 机械工程学报. 2017(17)
[4]牛顿迭代法的直观诠释[J]. 李光华,李双娥. 哈尔滨职业技术学院学报. 2016(03)
[5]风洞层流风场中的WDPSS-8机器人系统的末端位姿偏移及补偿[J]. 王梓,郑亚青. 华侨大学学报(自然科学版). 2015(05)
[6]最小势能原理中总势能表达式的理解[J]. 郭空明,徐亚兰. 山西建筑. 2015(25)
[7]柔性并联机器人系统的运动规划[J]. 王文利,曹鸿钧. 西安电子科技大学学报. 2014(06)
[8]高速柔索牵引摄像机器人动力工作空间研究[J]. 于亮亮,仇原鹰,苏宇. 工程力学. 2013(11)
[9]大范围运动柔性结构动力学离散方法比较研究[J]. 王云,郑钢铁. 强度与环境. 2013(03)
[10]索牵引并联机器人中变长度柔索的动力学分析[J]. 杜敬利,保宏,宗亚雳,崔传贞. 振动与冲击. 2011(08)
博士论文
[1]两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究[D]. 刘欣.西安电子科技大学 2009
[2]超大型天线馈源指向跟踪系统的力学分析及控制研究[D]. 訾斌.西安电子科技大学 2007
[3]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]. 杜敬利.西安电子科技大学 2006
[4]大型射电望远镜馈源指向系统的控制、优化与实验[D]. 保宏.西安电子科技大学 2005
[5]绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究[D]. 郑亚青.华侨大学 2004
硕士论文
[1]索牵引并联机器人的运动学分析及其标定[D]. 丁文.西安电子科技大学 2014
[2]一种四索牵引平动并联机器人的运动分析与控制[D]. 曾金桥.西安电子科技大学 2013
本文编号：3190508
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