大型柔索牵引并联机器人动力学建模研究

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本文以柔索牵引并联机器人为研究对象,柔索牵引并联机器人具有机械效率高、承载能力强、作业精度高、自重负荷小、结构紧凑、动力性能好和易于控制等优点,并广泛的应用于一些对作业精度要求高、作业速度快以及作业效率高的场合。对柔索牵引并联机器人进行研究分析时,需要建立其动力学模型。现有的建模方法或者忽略了柔索的弹性变形,或者简单的将其处理成索杆单元。这样虽然使动力学模型得到简化,但是却不能准确的描述柔索牵引并联机器人系统的运动。因此,以上建模方法存在一定的局限性。为了使所建立的动力学模型能够更加准确的描述柔索牵引并联机器人系统的运动,本文对柔索牵引并联机器人系统的建模方法进行了研究。在本文中,我们在考虑柔索自身重力和弹性变形的情况下,着重研究了两种不同的柔索牵引并联机器人系统的建模方法,一种采用哈密顿原理,从能量的角度出发,运用变分原理和哈密顿原理,建立系统的动力学模型,并采用假设模态法对动力学模型进行求解;另一种是变长度有限单元法,该方法采用绝对节点坐标方法建立系统的动力学模型。在本文中,对这两种不同的建模方法,分别在MATLAB中对其进行了数值仿真,并将数值仿真的结果做了对比分析。结果表明,假设模态法和变长度有限单元法在柔索牵引并联机器人系统建模方面各有特点,它们都可以很好的描述柔索牵引并联机器人系统的运动,但相对来说,采用变长度有限单元法得到的仿真效果更好。
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