發(fā)布時(shí)間：2020-07-01 06:56

【摘要】：并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、慣量小、高速高精度的優(yōu)勢(shì),其應(yīng)用能涵蓋工業(yè)、特種、服務(wù)等幾乎所有機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。相對(duì)其高性能發(fā)展要求,理論基礎(chǔ)遠(yuǎn)未成熟。為此,本文開展了相關(guān)研究,涉及運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的模型與算法、機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、主動(dòng)振動(dòng)控制算法,分為以下幾個(gè)方面。研究了六自由度并聯(lián)機(jī)器人的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。提出了這類問(wèn)題迄今為止最高效的數(shù)值算法,討論了其收斂性與奇異性問(wèn)題,揭示了算法非奇異的條件。該算法適用于全驅(qū)動(dòng)和冗余驅(qū)動(dòng)的情形,相比傳統(tǒng)牛頓迭代算法,提高了64倍的計(jì)算效率,能用于任務(wù)空間的閉環(huán)控制中。研究了六自由度并聯(lián)機(jī)器人無(wú)奇異關(guān)節(jié)空間和工作空間的表示和計(jì)算問(wèn)題。提出了首先確定最大無(wú)奇異關(guān)節(jié)空間,然后自動(dòng)獲得最大無(wú)奇異工作空間的策略。提出了在關(guān)節(jié)空間中檢測(cè)奇異性的算法,能快速確定最大無(wú)奇異工作空間,為機(jī)器人工作的安全性提供了保障。研究了計(jì)算高效的六自由度并聯(lián)機(jī)器人反向動(dòng)力學(xué)求解方法。選擇一個(gè)單位對(duì)偶四元數(shù)為系統(tǒng)的廣義坐標(biāo),采用虛功率原理建立運(yùn)動(dòng)方程,生成計(jì)算高效的反向動(dòng)力學(xué)解。對(duì)于6-UPS和6-PUS并聯(lián)機(jī)器人,新方法相比傳統(tǒng)方程分別減少了43.45%和38.45%的計(jì)算量。研究了基于Stewart機(jī)構(gòu)的六軸隔振平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。提出了尺度均勻雅可比矩陣生成方法,解決了Stewart機(jī)構(gòu)雅可比分析時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)量綱不一致的問(wèn)題。以局部運(yùn)動(dòng)學(xué)各向同性為性能指標(biāo),采用遺傳算法獲得最優(yōu)構(gòu)型。研究了基于Stewart機(jī)構(gòu)的六軸隔振平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)各向同性設(shè)計(jì)與分散主動(dòng)控制。首次找到了平臺(tái)工作在自由漂浮狀態(tài)下,動(dòng)力學(xué)完全各向同性的解析條件。揭示了動(dòng)力學(xué)各向同性和運(yùn)動(dòng)學(xué)各向同性間的內(nèi)在聯(lián)系。針對(duì)動(dòng)力學(xué)各向同性的隔振平臺(tái)設(shè)計(jì)了分散控制器,閉環(huán)系統(tǒng)具有各向同性的性質(zhì),在所有方向上有一致的隔振性能。研究了柔性Stewart平臺(tái)的建模和主動(dòng)振動(dòng)控制方法。利用偽剛體模型和虛功率原理,推導(dǎo)了具有足夠精度和簡(jiǎn)潔性的顯式線性化動(dòng)力學(xué)方程。設(shè)計(jì)了基于關(guān)節(jié)空間力/位反饋的解耦控制算法,位置反饋抵消了柔性鉸鏈的寄生彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度的作用,力反饋實(shí)現(xiàn)模態(tài)空間振動(dòng)控制。控制器的比例增益和積分增益可以分別調(diào)節(jié)六個(gè)振動(dòng)模態(tài)的轉(zhuǎn)折頻率和主動(dòng)阻尼。論文研究工作為并聯(lián)機(jī)器人的高端化和高性能內(nèi)涵提升提供了理論基礎(chǔ)的新發(fā)展,可以有力地指導(dǎo)高速高精度并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)分析與控制運(yùn)行。論文的最后對(duì)下一步研究工作進(jìn)行了展望。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP242
【圖文】：

臺(tái)可以這樣完全自由的運(yùn)動(dòng)時(shí)，這類并聯(lián)機(jī)器人稱為（例如 UPS、PUS、RUS、6R）對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沒(méi)有產(chǎn)生運(yùn)六自由度并聯(lián)機(jī)器人的一個(gè)支鏈。六自由度并聯(lián)機(jī)器S 構(gòu)型。實(shí)際上，這種構(gòu)型最早由 Gough[10]發(fā)明，被用出一種六自由度平臺(tái)用作飛行模擬器后，調(diào)整球鉸的后，Stewart 與論文評(píng)審人探討了該平臺(tái)潛在的工程應(yīng)、海上石油鉆井平臺(tái)等，引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界極大的被稱為 Stewart 平臺(tái)，現(xiàn)在越來(lái)越多地被稱作 Gough用十分廣泛，關(guān)于飛行模擬、并聯(lián)機(jī)床、汽車懸架測(cè)列出兩個(gè)最新的應(yīng)用。德國(guó)人工智能研究中心(DFKI，如圖 1.1 和圖 1.2 所示，其中，人工脊柱采用了 S，性能超越了傳統(tǒng)仿生結(jié)構(gòu)，同時(shí) UPS 運(yùn)動(dòng)鏈中集成的作用，同時(shí)能檢測(cè)脊柱受到的六維力/力矩。耶 Stewart 平臺(tái)的靈巧手，如圖 1.3 所示，通過(guò)欠驅(qū)動(dòng)差動(dòng)作動(dòng)器連接起來(lái)，能夠?qū)崿F(xiàn)在抓取物體的同時(shí)，進(jìn)行

圖 1.2 集成力傳感器的 UPS 運(yùn)動(dòng)鏈圖 1.3 基于 Stewart 平臺(tái)的靈巧手是采用 PUS 運(yùn)動(dòng)鏈，如圖 1.4 所示，該 6-PUS 并聯(lián)機(jī)也可以用作六維振動(dòng)模擬器。相比采用 UPS 運(yùn)動(dòng)鏈

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 楊小龍;基于Stewart機(jī)構(gòu)的隔振技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2736431