柔索牽引并聯(lián)機器人是一類特殊的并聯(lián)結(jié)構(gòu)形式機器人,其末端執(zhí)行器通過柔索與基座連接,驅(qū)動器的運動和力以柔索為傳遞介質(zhì)轉(zhuǎn)換成末端執(zhí)行器的運動和力。其具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、運動鏈慣性小、工作空間大、承載能力大、運動速度快、累積誤差小、干涉發(fā)生幾率小以及可拆裝重組等優(yōu)點,在患者康復、物料搬運、運動模擬、天文觀測、風洞實驗等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景和重要的研究價值。由于柔索只能單向承載,容易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象,因此對柔索牽引并聯(lián)機器人的穩(wěn)定性問題進行深入研究顯得尤為重要。本文的穩(wěn)定性研究主要包括靜力穩(wěn)定性和運動穩(wěn)定性兩方面。靜力穩(wěn)定性的影響因素主要是索力和剛度。索力因素是指柔索最小張力閾值保證機構(gòu)在平衡外力的同時確保柔索始終處于張緊狀態(tài),是主要因素。剛度因素保證機構(gòu)具有足夠抵抗彈性變形的能力,是不可忽略的重要因素。又由于柔索牽引并聯(lián)機器人的高速、高機動運動會對其性能產(chǎn)生很大的影響,故運動穩(wěn)定性成為研究的重點和難點。運動穩(wěn)定性要求柔索并聯(lián)機器人能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)靈活啟停和快速換向以及不出現(xiàn)柔索虛牽的平穩(wěn)高速運行,因此需要設計合理的控制策略達到高速穩(wěn)定運行。為了驗證動力學模型的正確性和控制方案的可行性,本文對5m... 

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
符號對照表
縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景和目的
    1.2 柔索牽引并聯(lián)機器人概述
        1.2.1 特點分類
        1.2.2 國內(nèi)外研究
    1.3 柔索牽引并聯(lián)機器人相關(guān)研究進展
        1.3.1 穩(wěn)定性評價指標
        1.3.2 運動控制策略
        1.3.3 柔索虛牽
    1.4 本文主要研究對象
    1.5 本文章節(jié)組成
第二章 基于索力因子與剛度因子的穩(wěn)定性混合評價指標
    2.1 引言
    2.2 靜力平衡方程
    2.3 索力因子分析
    2.4 剛度因子分析
    2.5 穩(wěn)定性混合評價指標的定義與分析
    2.6 數(shù)值仿真算例
        2.6.1 攝像機器人結(jié)構(gòu)簡介
        2.6.2 仿真參數(shù)設計
        2.6.3 仿真結(jié)果與分析
    2.7 本章小結(jié)
第三章 高階運動規(guī)劃與帶干擾觀測器的PD修正前饋控制器組合控制策略
    3.1 引言
    3.2 動力學分析
        3.2.1 末端執(zhí)行器的動力學模型
        3.2.2 驅(qū)動器的動力學模型
        3.2.3 系統(tǒng)的動力學模型
    3.3 啟停變向過渡規(guī)劃
    3.4 機動跟蹤控制策略
        3.4.1 PD修正前饋控制器
        3.4.2 干擾觀測器
        3.4.3 穩(wěn)定性分析
        3.4.4 一致連續(xù)性證明
    3.5 數(shù)值仿真
        3.5.1 仿真參數(shù)設置
        3.5.2 仿真結(jié)果分析
    3.6 本章小結(jié)
第四章 考慮柔索慣性的運動控制策略與穩(wěn)定性研究
    4.1 引言
    4.2 基于柔索懸鏈線模型的動力學分析
        4.2.1 懸鏈線模型
        4.2.2 柔索動力學模型
        4.2.3 末端執(zhí)行器動力學模型
        4.2.4 驅(qū)動系統(tǒng)動力學模型
        4.2.5 柔索牽引并聯(lián)機器人動力學模型
    4.3 軌跡跟蹤控制策略
    4.4 基于Lyapunov理論的穩(wěn)定性分析
        4.4.1 Lyapunov穩(wěn)定性理論
        4.4.2 穩(wěn)定性分析
        4.4.3 一致連續(xù)性證明
    4.5 數(shù)值仿真
        4.5.1 仿真參數(shù)設計
        4.5.2 仿真結(jié)果與分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 解決柔索虛牽問題的力位混合控制策略與穩(wěn)定性研究
    5.1 引言
    5.2 柔索懸鏈線虛牽
    5.3 系統(tǒng)動力學模型
    5.4 索力優(yōu)化
    5.5 基于索力優(yōu)化的力位混合控制策略
        5.5.1 控制策略
        5.5.2 穩(wěn)定性分析
    5.6 數(shù)值仿真
        5.6.1 驗證試驗參數(shù)設計
        5.6.2 結(jié)果討論
    5.7 本章小結(jié)
第六章 柔索牽引并聯(lián)攝像機器人縮尺模型的搭建與實驗研究
    6.1 引言
    6.2 5m縮比模型簡介
    6.3 5m模型的運動技術(shù)指標分析
        6.3.1 拍攝圖像
        6.3.2 最大速度、最短加速時間以及最大加速度
        6.3.3 系統(tǒng)響應時間
        6.3.4 振幅
    6.4 5m模型的軌跡跟蹤性能分析
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
    7.1 結(jié)論
    7.2 創(chuàng)新成果
    7.3 展望
參考文獻
致謝
作者簡介



本文編號：3676748