轮式移动机械臂倾覆与滑移问题研究

发布时间:2018-06-12 03:14

  本文选题:轮式移动机械臂 + 动力学 ; 参考:《上海大学》2016年博士论文


【摘要】:近年来,轮式移动机械臂的研究得到了国际上的广泛关注。统计结果表明:在未来的几年中,工厂及家庭中超过三分之二的工作任务可由自主移动工业机械臂来实现。移动机械臂不仅能够有效克服固定式机械臂工作范围有限、灵活度不高等缺点,还具备固定式机械臂与移动机器人二者的优点。然而,机械臂与移动平台结合制成移动机械臂却产生了这两个领域均没有充分研究的新课题,即:机械臂作用于移动平台的力/力矩给系统带来的倾覆与滑移问题,其直接关系到系统及环境乃至人员的安全、系统对环境的适应能力、系统的稳定性及系统的工作效率等。本文对机械臂的运动学、动力学、机械臂作用于移动平台的力/力矩、不同动力学因素下轮式移动机械臂的倾覆规律、轮式移动机械臂的设计参数优化、轮式移动机械臂滑移等关键问题展开深入研究。具体的研究内容如下:第一,在运动学建模的基础上使用牛顿—欧拉方法对机械臂进行动力学建模,重点关注机械臂关节1上约束力/力矩。详细分析静态、静态且受力、动态三种情况下机械臂作用于移动平台的力/力矩的组成,并使用ADAMS软件验证了动力学建模与计算的正确性。第二,对倾覆稳定性判据进行研究。从系统倾覆根源出发,提出一种新的倾覆稳定性判据——倾覆力矩(Tip-Over Moment,TOM)。对该判据与ZMP判据对比研究以验证其正确性,结果同时显示出TOM判据的优越性。分别研究静态、静态且受力、关节角速度、关节角加速度四种情况下轮式移动机械臂系统的倾覆规律。静态情况表明倾覆与系统重心的水平位置有关;静态且受力情况表明倾覆与杆件构型(关节角组合)有关;关节角速度与关节角加速度情况表明倾覆同时受到机械臂向心力、陀螺力矩及惯性力的影响。在此基础上,以无倾覆为约束条件对轮式移动机械臂打铆路径进行轨迹规划,规划结果既能够保证系统不倾覆又能够实现整体运行时间最短。第三,为提升系统的抗倾覆能力,对轮式移动机械臂的设计参数进行优化。该优化可归结为极大极小值问题。即:在整个工作空间上最大化稳定区域比(SRR)的同时最小化倾覆力矩(TOM)。第一步,分别研究移动平台的支撑轮数量、移动平台尺寸与质量对系统倾覆稳定性的影响。第二步,分别以最大倾覆裕度和最大|dM|值为目标使用遗传算法对机械臂和附件的安装位置进行组合优化,并根据优化结果设计轮式移动机械臂系统。第四,就机械臂作用于移动平台的力/力矩引起的滑移问题进行研究。对系统滑移进行建模、分析与计算,分别研究轮式移动机械臂在铆接时刻、移动时刻的滑移问题;以无滑移为约束条件对轮式移动机械臂打铆路径进行轨迹规划,规划结果既能够保证系统不滑移又能够实现整体运行时间最短。本文对机械臂的动力学及轮式移动机械臂的倾覆与滑移问题展开了深入而细致的研究。通过与动力学仿真软件及其他学者的研究成果进行对比验证了本文所提出方法的正确性及优越性。研究成果可用于轮式移动机械臂的设计、控制及优化。本研究有助于提升轮式移动机械臂的安全性及工作性能,是轮式移动机械臂研究过程中不可或缺的一环。
[Abstract]:In recent years, the research on wheeled mobile arm has attracted wide attention. The results show that in the next few years, more than 2/3 of the work tasks in factories and families can be realized by independent mobile industrial manipulator. The mobile arm can not only effectively overcome the limited working range of the fixed arm, but not the flexibility. It also has the advantages of a fixed manipulator and a mobile robot. However, the combination of the manipulator and the mobile platform to make a mobile manipulator produces a new topic which has not been fully studied in the two fields, namely, the overturning and sliding problem of the force / torque of the manipulator on the moving platform, which is directly related to the force / torque of the mobile platform. To the safety of the system and environment and even the personnel, the adaptability of the system to the environment, the stability of the system and the efficiency of the system. This paper is the kinematics, dynamics, the force / torque of the manipulator on the moving platform, the overturning rule of the wheel moving manipulator under different dynamic factors, and the design parameters of the wheel moving manipulator. The key issues such as optimization, wheel moving manipulator slip and other key problems are studied. The specific research contents are as follows: firstly, based on the kinematic modeling, the Newton Euler method is used to model the dynamics of the manipulator, focusing on the 1 binding / torque of the manipulator joint. The static, static, force and dynamic three situations are detailed and analyzed. The composition of the force / torque of the moving platform under the action of the manipulator, and using the ADAMS software to verify the correctness of the dynamic modeling and calculation. Second, the stability criterion of the overturning is studied. From the root of the overturning of the system, a new criterion for overturning stability (Tip-Over Moment, TOM) is proposed. The criterion and the ZMP criterion To verify its correctness, the results show the superiority of the TOM criterion. The overturning rules of the wheeled mobile manipulator system are studied in four cases of static, static, force, joint angular velocity and joint angular acceleration. The static state shows that the overturning is related to the horizontal position of the center of gravity; the static and force condition indicates the inclination. It is related to the structure of the rod (joint angle combination), and the angle velocity of joint angle and the angle acceleration of the joint show that the overturning is influenced by the centripetal force, the gyroscopic moment and the inertia force of the manipulator. On this basis, the trajectory planning of the riveting path of the wheeled mobile manipulator is taken as a constraint without overturning, and the planning results can not only ensure that the system is not. The overturning can also achieve the shortest overall operation time. Third, to improve the anti overturning capability of the system, the design parameters of the wheeled mobile manipulator are optimized. This optimization can be attributed to the minimax value problem. The first step is to study the minimum overturning moment (TOM) at the same time (SRR) in the whole workspace. The number of supporting wheels of the mobile platform, the influence of the size and quality of the mobile platform on the overturning stability of the system. Second step, using the maximum overturning margin and the maximum |dM| value as the target, using genetic algorithm to optimize the installation position of the manipulator and accessories, and design the wheel moving manipulator system according to the optimization results. Fourth. The paper studies the sliding problem caused by the force / torque of the moving platform. The system slip is modeled, analyzed and calculated, and the sliding problem of the wheel moving arm at the riveting time and the moving time is studied respectively. The trajectory planning of the wheel moving arm riveting path is carried out with no slip as the constraint condition. The planning results can not only be used for the trajectory planning. In this paper, the dynamics of the manipulator and the overturning and sliding of the wheeled mobile arm are studied in detail in this paper. The correctness and superiority of the proposed method is verified by comparison with the research results of the dynamics simulation software and other scholars. The research results can be used in the design, control and optimization of the wheeled mobile manipulator. This study is helpful to improve the safety and performance of the wheeled mobile manipulator. It is an indispensable link in the research process of the wheeled mobile manipulator.
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP241

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 侯保林,樵军谋,韩宏潮;一重载高速机械臂的结构与控制同时设计[J];机械设计;2004年01期

2 贾宏亮;姚琼;黄强;;基于质量分配的空间机械臂刚度优化[J];中国空间科学技术;2008年03期

3 李斌;;月球车车载机械臂的研究进展及关键技术探讨[J];机器人技术与应用;2008年03期

4 ;美大学研发脑波控制机械臂[J];机械研究与应用;2009年01期

5 任美玲;陶大锦;;机械臂的研究与进展[J];出国与就业(就业版);2012年02期

6 刘朋增;;基于移动平台的机械臂结构分析与设计[J];企业导报;2013年11期

7 ;手术用微型机械臂[J];机器人情报;1994年01期

8 贺棚梓;;升级版加拿大机械臂[J];太空探索;2014年02期

9 张畅;唐立军;吴定祥;贺慧勇;司妞;李涛;;六轴机械臂在冰箱能耗检测线中的轨迹分析[J];电子科技;2014年04期

10 杨孝文;;猴子学会用控制机械臂[J];共产党员;2008年14期

相关会议论文 前10条

1 王印超;赖小明;杨学宁;李建永;陈化智;陶建国;;绳驱式表取采样机械臂的设计研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第九届学术年会论文集(下册)[C];2012年

2 张继辉;;助力机械臂在汽车制造业中的应用[A];第九届河南省汽车工程技术研讨会论文集[C];2012年

3 黄登峰;陈力;;基于双向映射神经元网络的漂浮基空间机械臂逆运动学控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年

4 陈瑞燕;梁辉;冯永;;用于深水水下设备下放安装的多功能机械臂[A];第十三届中国科协年会第13分会场-海洋工程装备发展论坛论文集[C];2011年

5 朱华里;张芳;;电机控制下的一类弹性机械臂系统的镇定[A];1996年中国控制会议论文集[C];1996年

6 郑桦;丛爽;魏子翔;;提高实际绘图精度与速度的二自由度机械臂控制[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年

7 刘达;王田苗;张浩;;一种用于辅助外科手术的机械臂设计[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

8 韩清凯;张昊;高培鑫;刘金国;;机械臂系统控制同步的非线性动力学特性研究[A];第十四届全国非线性振动暨第十一届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集与会议议程[C];2013年

9 梁捷;陈力;;漂浮基空间机械臂姿态与末端抓手协调运动的模糊变结构滑模控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年

10 刘庆杰;许向阳;戴亚平;;基于机械臂转速的远程广义最小方差控制[A];全国炼钢连铸过程自动化技术交流会论文集[C];2006年

相关重要报纸文章 前10条

1 ;“凤凰”轻舒机械臂,火星留下第一痕[N];新华每日电讯;2008年

2 葛秋芳;科学家让猴子凭“意念”操纵机械臂抓取食物[N];新华每日电讯;2008年

3 毛毛;瑞典开发出不怕水的微型机械臂[N];中国高新技术产业导报;2000年

4 ;瑞典开发出不怕水的医用微型机械臂[N];中国信息报;2000年

5 王晓晨 潘晨;让中国“臂”炫舞太空[N];中国航天报;2012年

6 田兆运 张晓祺;“玉兔号”:机械臂投放测试成功,,即将开始休眠[N];新华每日电讯;2013年

7 通讯员 祁登峰 记者 付毅飞;“玉兔”机械臂成功实施首次科学探测[N];科技日报;2014年

8 子虎;未来做手术动口不动手[N];北京科技报;2004年

9 张雪松;“卫星抓卫星”缘何有人不安[N];中国航天报;2013年

10 ;连续式熔铜挤压机械臂[N];中国有色金属报;2003年

相关博士学位论文 前10条

1 郭宇飞;不确定弹药自动装填系统动力学与控制研究[D];南京理工大学;2015年

2 武遵;适用于核聚变反应舱的多关节机械臂关键技术研究[D];中国科学技术大学;2016年

3 江沛;复杂约束下的串联机械臂运动学控制方法研究[D];浙江大学;2015年

4 东辉;冗余机械臂运动学及移动平台航位推算和轨迹规划研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 宋韬;轮式移动机械臂倾覆与滑移问题研究[D];上海大学;2016年

6 王琨;提高串联机械臂运动精度的关键技术研究[D];中国科学技术大学;2013年

7 杜滨;全方位移动机械臂协调规划与控制[D];北京工业大学;2013年

8 张鹏;机械臂协调操作柔性负载系统动力学与控制[D];吉林大学;2010年

9 唐志国;机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D];吉林大学;2011年

10 丛佩超;空间机械臂抓取目标的碰撞前构型规划与控制问题研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 庞征博;船舶大分段划线机械臂控制技术研究[D];大连理工大学;2012年

2 李彬;基于平行机构的发动机缸盖螺栓拧紧机械臂的研发[D];华南理工大学;2015年

3 刘彩凤;不同重力环境下空间机械臂摩擦补偿控制研究[D];燕山大学;2015年

4 王海滨;基于TMS320F2812的一阶机械臂控制系统的研究[D];东北林业大学;2015年

5 贾召敏;排爆机械臂结构设计与控制研究[D];南京理工大学;2015年

6 张会会;某机械臂液压系统可靠性分析[D];南京理工大学;2015年

7 吴诚骁;托卡马克腔特种环境下内窥机械臂闭环主动冷却系统研究[D];上海交通大学;2015年

8 林俐;托卡马克柔性内窥机械臂刚柔耦合动力学建模与仿真[D];上海交通大学;2015年

9 谢广庆;托卡马克腔内作业机械臂运载车系统研究[D];上海交通大学;2015年

10 岳宗帅;可重构机械臂关节模块控制器设计及运动控制研究[D];沈阳理工大学;2015年



本文编号:2008042

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/2008042.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户b58d5***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com