【摘要】：繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)是一種采用繩索驅(qū)動(dòng)的特殊并聯(lián)系統(tǒng),具有慣性小、響應(yīng)快的特點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)的繩索數(shù)與自由度數(shù),可將繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)分為欠約束、完全約束和冗余約束三類。由于完全約束和冗余約束繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)的繩索數(shù)大于自由度數(shù),因此都屬于冗余驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。繩索拉力求解是繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵問題,冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)的繩索拉力存在多解性,且隨著冗余驅(qū)動(dòng)數(shù)的增加,繩索拉力求解難度增大。本文對(duì)冗余驅(qū)動(dòng)數(shù)2和3的多冗余繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)繩力分布算法進(jìn)行了研究。對(duì)于冗余驅(qū)動(dòng)數(shù)為3的繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng),提出了基于平行面組相交的繩索拉力分布算法,算法包括繩索拉力可行解空間求解以及繩索拉力優(yōu)化兩部分。以6自由度9繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)為例對(duì)繩索拉力分布問題進(jìn)行分析,提出了一種高效求解平行面組交集的算法,并詳細(xì)論述了算法的設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)過程;繩索拉力優(yōu)化采用最小二范數(shù)法選取解空間的最優(yōu)值作為繩索拉力分布解。根據(jù)算法的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果,對(duì)繩索拉力的連續(xù)性進(jìn)行了驗(yàn)證以及對(duì)算法的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析。對(duì)于冗余驅(qū)動(dòng)數(shù)為2的繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng),提出了基于平行線組相交的繩索拉力分布算法,算法包括繩索拉力可行解空間求解以及繩索拉力優(yōu)化兩部分。以6自由度8繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)為例對(duì)繩索拉力分布問題進(jìn)行分析,提出了一種高效求解平行線組交集的算法,并詳細(xì)論述了算法的設(shè)計(jì)原理及實(shí)現(xiàn)過程;繩索拉力優(yōu)化采用多邊形質(zhì)心和加權(quán)重心法選取解空間的最優(yōu)值作為繩索拉力分布解。根據(jù)繩索拉力分布算法的實(shí)際運(yùn)行結(jié)果,對(duì)繩索拉力的連續(xù)性進(jìn)行了驗(yàn)證以及對(duì)算法的實(shí)時(shí)性進(jìn)行了分析。采用MATLAB和ADAMS聯(lián)合仿真的形式對(duì)兩種繩索拉力分布算法進(jìn)行了驗(yàn)證。搭建了6自由度9繩索驅(qū)動(dòng)、6自由度8繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)系統(tǒng)的虛擬樣機(jī),分別設(shè)計(jì)了聯(lián)合仿真控制程序,通過設(shè)計(jì)不同方案分別驗(yàn)證了兩種算法的準(zhǔn)確性。
【圖文】：

國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 繩驅(qū)并聯(lián)系統(tǒng)研究現(xiàn)狀20 世紀(jì) 80 年代，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會(huì)（NIST）發(fā)起了 RoboCrane 項(xiàng)目出了多款繩索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人。首先在 1989 年 Dagalakis 研制出了一款集裝箱吊運(yùn)的 RoboCrane 裝置，，該項(xiàng)目還包括應(yīng)用于月球探測(cè)、船舶制造工等領(lǐng)域的并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)[3]，如圖 1-2 所示。（a）RoboCrane 吊運(yùn)裝置 （b）月球探測(cè)機(jī)構(gòu)

圖 1-3 可穿戴康復(fù)訓(xùn)練裝置 圖 1-4 觸覺感知裝置德國(guó)杜伊斯堡-艾森大學(xué)的 Verhoeven 等人研制出 6 自由度 7 繩索驅(qū)動(dòng)的“SEGESTA”[12]；德國(guó)弗朗霍夫生產(chǎn)技術(shù)研究所的 Surdilovic 等人研制索牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的康復(fù)訓(xùn)練裝置“String-Man”[13]，如圖 1-5 所示；同樣所的 Pott 研制出可用于工業(yè)實(shí)踐的平面和空間并聯(lián)機(jī)器人系列“IPAne德國(guó)羅斯托克大學(xué)的 Maier 等研制出一種采用導(dǎo)軌-滑車定位的繩索牽引“CableV”[15]，如圖 1-6 所示；奧地利的 SpidercamGmbH 公司研發(fā)出一吊的攝像機(jī)器人系統(tǒng)“Spidercam”[16]，如圖 1-7 所示；法國(guó)國(guó)家航空航心研發(fā)出立式繩索牽引風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)“SACSO”[17]，如圖 1-8 所示，并于幻影戰(zhàn)斗機(jī)縮比模型的風(fēng)洞試驗(yàn)；意大利卡西諾大學(xué)的 Ottaviano 等人種繩索牽引并聯(lián)坐立輔助系統(tǒng) CALOWI[18]；意大利都靈理工大學(xué)的 Fer在 6 繩索牽引并聯(lián) Stewart 平臺(tái)基礎(chǔ)上增加 3 根繩索構(gòu)成一種可用于遙控新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)“WiRo-6.3”[19]。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2687592