欠驱动绳索2R机械臂的动力学和混沌运动研究

发布时间：2017-07-16 14:18

  本文关键词：欠驱动绳索2R机械臂的动力学和混沌运动研究

  更多相关文章： 绳索驱动机构 欠驱动 均匀度理论 混沌 分形维数

【摘要】：绳索驱动机构是工业生产和日常生活中一种常用机构,在航空航天、起重运输和康复机械中都有广泛的应用。绳索驱动是一种比较新的间接驱动方式,与传统的电机和液压等直接驱动方式有着较大的区别。欠驱动绳索机构不仅可以减少机构中驱动电机和绳索数目,而且可以避免绳索之间的干涉,因此,对欠驱动绳索机构研究具有工程实际和理论意义。本文以应用于康复机械的欠驱动绳索2R机械臂为研究对象,研究工作主要以均匀度为研究工具,并对该方法进行了改进。本论文的主要研究工作和结论如下：1.针对均匀度理论和方法中存在欧式距离求取时会出现误差、计算参数选取不明确和在混沌判定时不明确,衡量效果不佳等问题,本文提出了一种最大值归一化阈值判定的改进均匀度计算方法。改进均匀度采用系统多维相关变量计算,采用阈值判定系统周期和混沌。通过Duffing系统的混沌边缘分析验证了改进方法的正确性和有效性,并为后续的欠驱动绳索2R机械臂动力学分析和混沌研究提供了分析方法。本文还研究了分形维数与均匀度之间的关系,研究表明两者是相似的、一致的。2.采用拉格朗日方法建立了欠驱动绳索2R机械臂的动力学模型,采用MATLAB软件对机构的动力学进行数值仿真。本文的欠驱动绳索2R机械臂的工作主要分为两个过程：初始时绳索对机械臂施加驱动力,到达预定的角度值。此为施加绳索驱动力过程；然后,释放绳索对机械臂的驱动力,此为释放绳索驱动力过程。文中对这两个过程进行了分析,研究发现：释放绳索驱动力后,机构具有丰富的动力学特性。3.研究了欠驱动绳索2R机械臂的驱动位置参数和驱动参数对机构动力学的影响。确定了机构关于位置参数和驱动参数的混沌边缘。通过对参数局部区间的研究,不仅确定出了混沌运动的边缘,还发现了机构运动状态演化的一些规律。研究表明：位置参数和驱动参数的改变会导致机构运动状态改变,随着参数变化,机构周期运动与混沌运动交替出现。改进均匀度值越小说明机构运动的周期数越小。分析了欠驱动绳索2R机械臂的输入能量、功率、功率与等效转动惯量之比的变化情况,研究表明功率、功率与等效转动惯量之比的变化与机构周期运动和混沌运动的特性保持一致,同为周期和混沌。功率、功率与等效转动惯量之比的幅值在混沌时比周期大,说明系统能量在混沌时流动快,周期时流动较慢。本文针对均匀度的改进与应用研究,丰富了混沌的研究方法；对欠驱动绳索2R机械臂的动力学特性研究,为欠驱动绳索2R机械臂的应用及控制打下了基础。
【关键词】：绳索驱动机构 欠驱动 均匀度理论 混沌 分形维数
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241;TH789
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题的研究背景、目的及意义11-12
• 1.2 非线性混沌理论研究方法和现状12-14
• 1.3 机构混沌和绳索驱动机构相关研究现状14-16
• 1.3.1 机构混沌研究现状14
• 1.3.2 绳索驱动机构研究现状14-16
• 1.4 本文的主要研究内容16-17
• 第2章 均匀度理论原理与改进17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 均匀度的计算方法17-18
• 2.3 均匀度计算中相关参数分析和选取18-22
• 2.3.1 参数k_1和k_2对分析结论的影响19-21
• 2.3.2 参数n对分析结论的影响21-22
• 2.4 均匀度计算方法的改进与应用22-27
• 2.4.1 均匀度计算方法的改进22-23
• 2.4.2 改进均匀度计算方法在Duffing系统混沌分析中的应用23-26
• 2.4.3 改进均匀度与分形维数26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 欠驱动绳索2R机械臂动力学建模与分析28-43
• 3.1 引言28
• 3.2 欠驱动绳索2R机械臂动力学建模与求解28-34
• 3.2.1 欠驱动绳索2R机械臂物理模型28-29
• 3.2.2 欠驱动绳索2R机械臂动力学方程的建立29-34
• 3.2.3 欠驱动绳索2R机械臂动力学方程的求解34
• 3.3 绳索牵引力与绳索牵引速度之间的关系34-35
• 3.4 影响欠驱动绳索2R机械臂运动特性的参数分析35-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第4章 绳索驱动的位置参数对机构运动状态的影响43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 绳索驱动竖直安装位置对系统动力学特性影响43-49
• 4.2.1 参数b混沌边缘的确定43-47
• 4.2.2 典型运动状态的机构参数及其动力学特性47-49
• 4.3 绳索在杆上的安装位置对系统动力学特性影响49-56
• 4.3.1 参数l_4混沌边缘的确定49-53
• 4.3.2 典型运动状态的机构参数及其动力学特性53-56
• 4.4 绳索牵引角度预定值对系统的影响56-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第5章 绳索驱动的驱动参数对机构运动状态的影响59-74
• 5.1 引言59
• 5.2 驱动力为恒力时的动力学特性分析59-63
• 5.3 驱动力为周期变力时的动力学特性分析63-73
• 5.3.1 力的幅值对动力学特性的影响63-67
• 5.3.2 力的频率对动力学特性的影响67-71
• 5.3.3 力的幅度和频率同时改变对动力学特性的影响71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第6章 欠驱动绳索2R机械臂的运动状态的能量分析74-81
• 6.1 引言74
• 6.2 机构的输入能量对机构运动状态的影响分析74-75
• 6.3 机构输入功率与机构的运动状态之间的关系75-80
• 6.3.1 输入功率与机构的运动状态75-78
• 6.3.2 输入功率与机构等效转动惯量比值与机构运动状态78-80
• 6.4 本章小结80-81
• 总结与展望81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士期间发表论文及科研成果88

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张文增,陈强,孙振国,赵冬斌;具有形状自适应的欠驱动拟人机器人手指[J];机械工程学报;2004年10期

2 俞昌东;姜力;黄海;史士才;;残疾人假手的仿人和欠驱动机构研究[J];机械设计;2007年09期

3 张文增;田磊;叶雨明;郝莉;;拟人机器人手多指欠驱动机构研究[J];机械设计与研究;2007年06期

4 朱健;袁昌松;朱向阳;;新型欠驱动拟人假肢手指的设计与分析[J];机械设计与研究;2008年02期

5 史士财;李荣;姜力;刘宏;;基于欠驱动原理的5指残疾人假手设计[J];机械制造;2008年08期

6 张鑫;陈文锐;张可科;;欠驱动机器人手指实验平台的设计[J];装备制造技术;2013年02期

7 叶军;一种欠驱动多指杆机器人手[J];机械设计;1999年12期

8 叶军,裴文;一种欠驱动电动型两指多指节机器人手[J];机械;2001年05期

9 张文增,陈强,孙振国,徐济民,赵冬斌;变抓取力的欠驱动拟人机器人手[J];清华大学学报(自然科学版);2003年08期

10 张文增;马献德;黄源文;邱敏;陈强;;末端强力抓取的欠驱动拟人机器人手[J];清华大学学报(自然科学版);2009年02期

中国重要会议论文全文数据库 前4条

1 侯增广;潭民;韩京清;;欠驱动机构控制的一种非光滑设计方法[A];第十九届中国控制会议论文集（二）[C];2000年

2 刘展雷;马保离;;基于观测器的欠驱动船舶的输出反馈镇定[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

3 赵秋玲;周亚丽;张奇志;;单足机器人跳跃控制研究[A];2009年中国智能自动化会议论文集（第二分册）[C];2009年

4 刘庆波;余跃庆;苏丽颖;;一种欠驱动机器人最优避障运动规划新方法[A];2007'仪表，自动化及先进集成技术大会论文集（二）[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者 蔡炜 唐传虎 本报见习记者 王岩;常州“智汇谷”展露未来神奇[N];新华日报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 苏衍宇;欠驱动机械手及其抓取方法的研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

2 李顺冲;基于手势协同分析的欠驱动假肢设计及其肌电控制方法[D];上海交通大学;2015年

3 张佩杰;欠驱动双足机器人行走步态建模与动态行走控制策略研究[D];吉林大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 王黎U，

本文编号：549083