【摘 要】
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随着海洋工程的发展,海上作业对吊运设备负载能力、工作精度、效率和安全性等方面的要求也日益增长。浮动基多机器人协调吊运系统将绳牵引并联吊运系统和浮动基机械臂结合,形成了一种新型的多机器人系统,该系统具备承载能力强、工作空间大和可重构性等特点,这些特点使得该系统具有较高的应用价值和研究价值。由于浮动基多机器人协调吊运系统同时具备绳牵引机器人的柔性,绳索单向拉力特性以及基座的浮动特性,因此有很大的理论研
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随着海洋工程的发展,海上作业对吊运设备负载能力、工作精度、效率和安全性等方面的要求也日益增长。浮动基多机器人协调吊运系统将绳牵引并联吊运系统和浮动基机械臂结合,形成了一种新型的多机器人系统,该系统具备承载能力强、工作空间大和可重构性等特点,这些特点使得该系统具有较高的应用价值和研究价值。由于浮动基多机器人协调吊运系统同时具备绳牵引机器人的柔性,绳索单向拉力特性以及基座的浮动特性,因此有很大的理论研究意义。本文首先确定了3绳索浮动基多机器人协调吊运系统的空间结构并建立了各坐标系,以空间结构为基础使用牛顿-欧拉动力学方程建立绳牵引并联吊运系统的动力学方程。使用刚体动力学建立浮动基座的动力学方程,再根据空间坐标系的转换关系将绳牵引并联吊运系统和浮动基座的动力学方程联合,得到了系统整体的动力学方程组。根据动力学方程组,提出了包含动力学的正运动学问题以及约束条件。然后采用trust-region dogleg算法求解动力学方程组,并以此为基础先使用传统蒙特卡洛算法求解工作空间,再针对传统蒙特卡洛算法求解该系统工作空间时出现的边界不清晰和效率低等缺陷,对一种改进蒙特卡洛算法进行了优化,给出优化的改进蒙特卡洛算法的具体步骤。对三种驱动方式下系统的动力学工作空间和静平衡工作空间同时使用传统蒙特卡洛算法和改进蒙特卡洛算法进行了仿真分析,仿真结果证明改进算法较传统算法有更高的计算效率,三种驱动方式下动力学工作空间体积均大于静平衡工作空间。随后用四弹簧模型代替绳索进行简化,分析了绳牵引并联吊运系统的刚度矩阵,并与浮动基刚度矩阵作为串联关系建立了系统的刚度矩阵,在对系统刚度矩阵进行无量纲化处理后,使用无量纲的刚度矩阵计算了系统的刚度系数。通过对力位姿混合稳定度评价方法进行优化并添加刚度因子,提出力位姿-刚度稳定度评价方法来定量地评价系统的稳定度。在工作空间计算结果的基础上,通过设定稳定度限制值来定义稳定工作空间,得到了三种驱动下系统的动力学稳定工作空间和静平衡稳定工作空间,绘制了稳定度在两种工作空间中的等值线图,分析了稳定度在工作空间中的分布情况。上述研究可以作为该系统后续的轨迹规划和控制系统设计等研究内容的基础,也为多机器人协调吊运系统提出了新的应用场景和研究方向。
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