6-6型绳牵引并联机器人刚度性能优化与动力学建模方法研究

来源 :中国民航大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:qingqing20090756
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绳牵引并联机器人是近年来最为活跃的机器人研究领域之一。由于传统的刚性连杆被柔性的绳索所取代,使其具有广阔的应用前景和重要的开发价值。考虑到自由度要求和减小干涉等方面,本文以一种6-6型(6绳牵引的6自由度)绳牵引并联机器人为研究对象,完成的主要工作和取得的研究成果如下所示:基于矢量理论对绳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,得到了相应的运动学方程。在规划末端执行器运行圆形轨迹下,进行运动学仿真,得到了绳长、绳长速度、绳长加速度随时间的变化情况,验证了运动学方程的有效性。通过矢量封闭原理分析了绳牵引并联机器人工作空间的存在条件,基于静力平衡方程得到了机器人的力雅各比矩阵。定义两个设计变量,针对末端执行器的不同姿态,分析了6-6型绳牵引并联机器人尺寸与结构的改变对其工作空间体积和形状的影响规律,为机器人的设计提供了系统性的参考依据。利用线矢量和微分变换公式推导出绳牵引并联机器人完整的刚度模型,并通过定义刚度的全域均值和全域波动性来衡量整个工作空间中的刚度性能。利用所建立的刚度模型研究了机器人尺寸与机构的改变对刚度的全域均值和全域波动性的影响规律,并以此为优化目标,使用理想点法进行优化,得到了最优的结构参数。针对所得到的最优构型,分析了各个方向刚度在其工作空间中的分布规律。使用牛顿-欧拉法推导出6-6型绳牵引并联机器人的动力学方程,基于库伦摩擦模型和Dahl摩擦模型建立了两种绳索与滑轮之间摩擦的数学模型,从而得到绳牵引并联机器人在考虑绳索与滑轮摩擦情况下的动力学方程。针对库伦摩擦模型和Dahl摩擦模型,分析了各个参数对绳索拉力和库伦摩擦力的影响规律。将两种摩擦模型进行对比仿真,证明了Dahl摩擦模型在末端执行器处于低速状态或者速度方向发生改变时,Dahl摩擦力和绳索拉力可以进行平滑的过渡,相对于库伦摩擦而言可以更好的描述摩擦力的实际变化情况。
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