柔索牵引摄像机器人的运动控制与稳定性研究
发布时间：2022-08-13 09:11
柔索牵引并联机器人是一类特殊的并联结构形式机器人,其末端执行器通过柔索与基座连接,驱动器的运动和力以柔索为传递介质转换成末端执行器的运动和力。其具有结构简单、质量轻、运动链惯性小、工作空间大、承载能力大、运动速度快、累积误差小、干涉发生几率小以及可拆装重组等优点,在患者康复、物料搬运、运动模拟、天文观测、风洞实验等领域具有广泛的应用前景和重要的研究价值。由于柔索只能单向承载,容易发生失稳现象,因此对柔索牵引并联机器人的稳定性问题进行深入研究显得尤为重要。本文的稳定性研究主要包括静力稳定性和运动稳定性两方面。静力稳定性的影响因素主要是索力和刚度。索力因素是指柔索最小张力阈值保证机构在平衡外力的同时确保柔索始终处于张紧状态,是主要因素。刚度因素保证机构具有足够抵抗弹性变形的能力,是不可忽略的重要因素。又由于柔索牵引并联机器人的高速、高机动运动会对其性能产生很大的影响,故运动稳定性成为研究的重点和难点。运动稳定性要求柔索并联机器人能够实现平稳灵活启停和快速换向以及不出现柔索虚牵的平稳高速运行,因此需要设计合理的控制策略达到高速稳定运行。为了验证动力学模型的正确性和控制方案的可行性,本文对5m...
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【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 课题研究背景和目的
1.2 柔索牵引并联机器人概述
1.2.1 特点分类
1.2.2 国内外研究
1.3 柔索牵引并联机器人相关研究进展
1.3.1 稳定性评价指标
1.3.2 运动控制策略
1.3.3 柔索虚牵
1.4 本文主要研究对象
1.5 本文章节组成
第二章 基于索力因子与刚度因子的稳定性混合评价指标
2.1 引言
2.2 静力平衡方程
2.3 索力因子分析
2.4 刚度因子分析
2.5 稳定性混合评价指标的定义与分析
2.6 数值仿真算例
2.6.1 摄像机器人结构简介
2.6.2 仿真参数设计
2.6.3 仿真结果与分析
2.7 本章小结
第三章 高阶运动规划与带干扰观测器的PD修正前馈控制器组合控制策略
3.1 引言
3.2 动力学分析
3.2.1 末端执行器的动力学模型
3.2.2 驱动器的动力学模型
3.2.3 系统的动力学模型
3.3 启停变向过渡规划
3.4 机动跟踪控制策略
3.4.1 PD修正前馈控制器
3.4.2 干扰观测器
3.4.3 稳定性分析
3.4.4 一致连续性证明
3.5 数值仿真
3.5.1 仿真参数设置
3.5.2 仿真结果分析
3.6 本章小结
第四章 考虑柔索惯性的运动控制策略与稳定性研究
4.1 引言
4.2 基于柔索悬链线模型的动力学分析
4.2.1 悬链线模型
4.2.2 柔索动力学模型
4.2.3 末端执行器动力学模型
4.2.4 驱动系统动力学模型
4.2.5 柔索牵引并联机器人动力学模型
4.3 轨迹跟踪控制策略
4.4 基于Lyapunov理论的稳定性分析
4.4.1 Lyapunov稳定性理论
4.4.2 稳定性分析
4.4.3 一致连续性证明
4.5 数值仿真
4.5.1 仿真参数设计
4.5.2 仿真结果与分析
4.6 本章小结
第五章 解决柔索虚牵问题的力位混合控制策略与稳定性研究
5.1 引言
5.2 柔索悬链线虚牵
5.3 系统动力学模型
5.4 索力优化
5.5 基于索力优化的力位混合控制策略
5.5.1 控制策略
5.5.2 稳定性分析
5.6 数值仿真
5.6.1 验证试验参数设计
5.6.2 结果讨论
5.7 本章小结
第六章 柔索牵引并联摄像机器人缩尺模型的搭建与实验研究
6.1 引言
6.2 5m缩比模型简介
6.3 5m模型的运动技术指标分析
6.3.1 拍摄图像
6.3.2 最大速度、最短加速时间以及最大加速度
6.3.3 系统响应时间
6.3.4 振幅
6.4 5m模型的轨迹跟踪性能分析
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新成果
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3676748
【文章页数】：147 页
【学位级别】：博士
【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 课题研究背景和目的
1.2 柔索牵引并联机器人概述
1.2.1 特点分类
1.2.2 国内外研究
1.3 柔索牵引并联机器人相关研究进展
1.3.1 稳定性评价指标
1.3.2 运动控制策略
1.3.3 柔索虚牵
1.4 本文主要研究对象
1.5 本文章节组成
第二章 基于索力因子与刚度因子的稳定性混合评价指标
2.1 引言
2.2 静力平衡方程
2.3 索力因子分析
2.4 刚度因子分析
2.5 稳定性混合评价指标的定义与分析
2.6 数值仿真算例
2.6.1 摄像机器人结构简介
2.6.2 仿真参数设计
2.6.3 仿真结果与分析
2.7 本章小结
第三章 高阶运动规划与带干扰观测器的PD修正前馈控制器组合控制策略
3.1 引言
3.2 动力学分析
3.2.1 末端执行器的动力学模型
3.2.2 驱动器的动力学模型
3.2.3 系统的动力学模型
3.3 启停变向过渡规划
3.4 机动跟踪控制策略
3.4.1 PD修正前馈控制器
3.4.2 干扰观测器
3.4.3 稳定性分析
3.4.4 一致连续性证明
3.5 数值仿真
3.5.1 仿真参数设置
3.5.2 仿真结果分析
3.6 本章小结
第四章 考虑柔索惯性的运动控制策略与稳定性研究
4.1 引言
4.2 基于柔索悬链线模型的动力学分析
4.2.1 悬链线模型
4.2.2 柔索动力学模型
4.2.3 末端执行器动力学模型
4.2.4 驱动系统动力学模型
4.2.5 柔索牵引并联机器人动力学模型
4.3 轨迹跟踪控制策略
4.4 基于Lyapunov理论的稳定性分析
4.4.1 Lyapunov稳定性理论
4.4.2 稳定性分析
4.4.3 一致连续性证明
4.5 数值仿真
4.5.1 仿真参数设计
4.5.2 仿真结果与分析
4.6 本章小结
第五章 解决柔索虚牵问题的力位混合控制策略与稳定性研究
5.1 引言
5.2 柔索悬链线虚牵
5.3 系统动力学模型
5.4 索力优化
5.5 基于索力优化的力位混合控制策略
5.5.1 控制策略
5.5.2 稳定性分析
5.6 数值仿真
5.6.1 验证试验参数设计
5.6.2 结果讨论
5.7 本章小结
第六章 柔索牵引并联摄像机器人缩尺模型的搭建与实验研究
6.1 引言
6.2 5m缩比模型简介
6.3 5m模型的运动技术指标分析
6.3.1 拍摄图像
6.3.2 最大速度、最短加速时间以及最大加速度
6.3.3 系统响应时间
6.3.4 振幅
6.4 5m模型的轨迹跟踪性能分析
6.5 本章小结
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新成果
7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介
本文编号：3676748
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