绳索牵引并联机器人的动力学建模与控制研究

发布时间：2021-05-09 00:20

　　绳索牵引并联机器人是一类以柔性绳索取代刚性连杆的特殊并联结构形式机器人,具有工作空间大、运动速度快、易于拆装等优点,拥有广阔的应用前景和重要的研发价值。本文针对绳索牵引并联机器人展开了运动学分析、动力学建模、控制策略和动力学参数辨识研究,完成的主要工作内容如下:基于矢量封闭理论和微分求导法则对绳索牵引并联机器人的运动学位置逆解、速度逆解和加速度逆解进行分析,推导出运动学逆解方程。规划末端执行器阿基米德螺旋线运动轨迹,分析绳长、绳长速度和绳长加速度的变化情况。考虑绳索的弹性,对绳索牵引并联机器人进行了动力学分析,基于Newton-Euler法建立了末端执行器和驱动器单元的动力学模型,采用Lagrange法得到了绳索弹性的机器人系统动力学模型。以相关力最小p范数作为优化目标函数对绳索张力进行优化。通过仿真验证了建立的绳索弹性动力学模型的准确性和必要性。以绳索牵引并联机器人的动力学模型为基础,设计了力/位混合控制策略,利用扩充临界比例度法对控制器参数进行了整定,分析力/位混合控制策略在不同的运动速度条件下对绳索牵引并联机器人的控制情况,结果表明力/位混合控制策略在保证轨迹跟踪的同时可以有效控... 

【文章来源】：中国民航大学天津市

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究的目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 动力学建模研究现状
        1.2.2 绳索张力优化研究现状
        1.2.3 控制策略研究现状
        1.2.4 动力学参数辨识研究现状
    1.3 本文研究的主要内容
第二章 绳索牵引并联机器人运动学分析
    2.1 绳索牵引并联机器人模型
    2.2 绳索牵引并联机器人坐标系建立
    2.3 绳索牵引并联机器人运动学求解
        2.3.1 运动学位置逆解
        2.3.2 运动学速度逆解
        2.3.3 运动学加速度逆解
    2.4 绳索牵引并联机器人运动学仿真
    2.5 本章小结
第三章 绳索牵引并联机器人动力学分析与张力优化
    3.1 动力学建模
        3.1.1 末端执行器动力学建模
        3.1.2 驱动器动力学建模
        3.1.3 基于绳索弹性的动力学建模
    3.2 绳索张力优化
        3.2.1 绳索张力分解
        3.2.2 绳索张力优化模型与求解
        3.2.3 张力优化算法验证与分析
    3.3 动力学仿真
    3.4 本章小结
第四章 绳索牵引并联机器人控制策略研究
    4.1 力/位混合控制策略
        4.1.1 力/位混合控制原理
        4.1.2 力/位混合控制器的设计
    4.2 力/位混合控制仿真与结果分析
        4.2.1 力/位混合控制策略参数整定
        4.2.2 力/位混合控制仿真方案设计
        4.2.3 仿真试验参数设计
        4.2.4 仿真结果分析
    4.3 绳索牵引并联机器人控制系统搭建
        4.3.1 硬件系统设计
        4.3.2 软件系统设计
    4.4 本章小结
第五章 绳索牵引并联机器人动力学参数辨识
    5.1 待辨识参数的确定
    5.2 参数辨识模型的推导
    5.3 参数辨识过程
        5.3.1 参数辨识方法的选择
        5.3.2 激励轨迹的设计
        5.3.3 参数估计方法
    5.4 参数辨识仿真和验证
        5.4.1 参数辨识仿真
        5.4.2 参数辨识验证
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3176253