本文關(guān)鍵詞：欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)和混沌運(yùn)動(dòng)研究

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【摘要】：繩索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中一種常用機(jī)構(gòu),在航空航天、起重運(yùn)輸和康復(fù)機(jī)械中都有廣泛的應(yīng)用。繩索驅(qū)動(dòng)是一種比較新的間接驅(qū)動(dòng)方式,與傳統(tǒng)的電機(jī)和液壓等直接驅(qū)動(dòng)方式有著較大的區(qū)別。欠驅(qū)動(dòng)繩索機(jī)構(gòu)不僅可以減少機(jī)構(gòu)中驅(qū)動(dòng)電機(jī)和繩索數(shù)目,而且可以避免繩索之間的干涉,因此,對(duì)欠驅(qū)動(dòng)繩索機(jī)構(gòu)研究具有工程實(shí)際和理論意義。本文以應(yīng)用于康復(fù)機(jī)械的欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂為研究對(duì)象,研究工作主要以均勻度為研究工具,并對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)。本論文的主要研究工作和結(jié)論如下：1.針對(duì)均勻度理論和方法中存在歐式距離求取時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤差、計(jì)算參數(shù)選取不明確和在混沌判定時(shí)不明確,衡量效果不佳等問(wèn)題,本文提出了一種最大值歸一化閾值判定的改進(jìn)均勻度計(jì)算方法。改進(jìn)均勻度采用系統(tǒng)多維相關(guān)變量計(jì)算,采用閾值判定系統(tǒng)周期和混沌。通過(guò)Duffing系統(tǒng)的混沌邊緣分析驗(yàn)證了改進(jìn)方法的正確性和有效性,并為后續(xù)的欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)分析和混沌研究提供了分析方法。本文還研究了分形維數(shù)與均勻度之間的關(guān)系,研究表明兩者是相似的、一致的。2.采用拉格朗日方法建立了欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型,采用MATLAB軟件對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行數(shù)值仿真。本文的欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂的工作主要分為兩個(gè)過(guò)程：初始時(shí)繩索對(duì)機(jī)械臂施加驅(qū)動(dòng)力,到達(dá)預(yù)定的角度值。此為施加繩索驅(qū)動(dòng)力過(guò)程；然后,釋放繩索對(duì)機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)力,此為釋放繩索驅(qū)動(dòng)力過(guò)程。文中對(duì)這兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行了分析,研究發(fā)現(xiàn)：釋放繩索驅(qū)動(dòng)力后,機(jī)構(gòu)具有豐富的動(dòng)力學(xué)特性。3.研究了欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)位置參數(shù)和驅(qū)動(dòng)參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的影響。確定了機(jī)構(gòu)關(guān)于位置參數(shù)和驅(qū)動(dòng)參數(shù)的混沌邊緣。通過(guò)對(duì)參數(shù)局部區(qū)間的研究,不僅確定出了混沌運(yùn)動(dòng)的邊緣,還發(fā)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)演化的一些規(guī)律。研究表明：位置參數(shù)和驅(qū)動(dòng)參數(shù)的改變會(huì)導(dǎo)致機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變,隨著參數(shù)變化,機(jī)構(gòu)周期運(yùn)動(dòng)與混沌運(yùn)動(dòng)交替出現(xiàn)。改進(jìn)均勻度值越小說(shuō)明機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的周期數(shù)越小。分析了欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂的輸入能量、功率、功率與等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比的變化情況,研究表明功率、功率與等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比的變化與機(jī)構(gòu)周期運(yùn)動(dòng)和混沌運(yùn)動(dòng)的特性保持一致,同為周期和混沌。功率、功率與等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比的幅值在混沌時(shí)比周期大,說(shuō)明系統(tǒng)能量在混沌時(shí)流動(dòng)快,周期時(shí)流動(dòng)較慢。本文針對(duì)均勻度的改進(jìn)與應(yīng)用研究,豐富了混沌的研究方法；對(duì)欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)特性研究,為欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂的應(yīng)用及控制打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：繩索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 欠驅(qū)動(dòng) 均勻度理論 混沌 分形維數(shù)
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241;TH789
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 課題的研究背景、目的及意義11-12
• 1.2 非線性混沌理論研究方法和現(xiàn)狀12-14
• 1.3 機(jī)構(gòu)混沌和繩索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相關(guān)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 機(jī)構(gòu)混沌研究現(xiàn)狀14
• 1.3.2 繩索驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容16-17
• 第2章 均勻度理論原理與改進(jìn)17-28
• 2.1 引言17
• 2.2 均勻度的計(jì)算方法17-18
• 2.3 均勻度計(jì)算中相關(guān)參數(shù)分析和選取18-22
• 2.3.1 參數(shù)k_1和k_2對(duì)分析結(jié)論的影響19-21
• 2.3.2 參數(shù)n對(duì)分析結(jié)論的影響21-22
• 2.4 均勻度計(jì)算方法的改進(jìn)與應(yīng)用22-27
• 2.4.1 均勻度計(jì)算方法的改進(jìn)22-23
• 2.4.2 改進(jìn)均勻度計(jì)算方法在Duffing系統(tǒng)混沌分析中的應(yīng)用23-26
• 2.4.3 改進(jìn)均勻度與分形維數(shù)26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第3章 欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模與分析28-43
• 3.1 引言28
• 3.2 欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)建模與求解28-34
• 3.2.1 欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂物理模型28-29
• 3.2.2 欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程的建立29-34
• 3.2.3 欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)方程的求解34
• 3.3 繩索牽引力與繩索牽引速度之間的關(guān)系34-35
• 3.4 影響欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)特性的參數(shù)分析35-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 繩索驅(qū)動(dòng)的位置參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響43-59
• 4.1 引言43
• 4.2 繩索驅(qū)動(dòng)豎直安裝位置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性影響43-49
• 4.2.1 參數(shù)b混沌邊緣的確定43-47
• 4.2.2 典型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的機(jī)構(gòu)參數(shù)及其動(dòng)力學(xué)特性47-49
• 4.3 繩索在桿上的安裝位置對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性影響49-56
• 4.3.1 參數(shù)l_4混沌邊緣的確定49-53
• 4.3.2 典型運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的機(jī)構(gòu)參數(shù)及其動(dòng)力學(xué)特性53-56
• 4.4 繩索牽引角度預(yù)定值對(duì)系統(tǒng)的影響56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-59
• 第5章 繩索驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響59-74
• 5.1 引言59
• 5.2 驅(qū)動(dòng)力為恒力時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性分析59-63
• 5.3 驅(qū)動(dòng)力為周期變力時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性分析63-73
• 5.3.1 力的幅值對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響63-67
• 5.3.2 力的頻率對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響67-71
• 5.3.3 力的幅度和頻率同時(shí)改變對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響71-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 第6章 欠驅(qū)動(dòng)繩索2R機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能量分析74-81
• 6.1 引言74
• 6.2 機(jī)構(gòu)的輸入能量對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響分析74-75
• 6.3 機(jī)構(gòu)輸入功率與機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之間的關(guān)系75-80
• 6.3.1 輸入功率與機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)75-78
• 6.3.2 輸入功率與機(jī)構(gòu)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比值與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)78-80
• 6.4 本章小結(jié)80-81
• 總結(jié)與展望81-83
• 致謝83-84
• 參考文獻(xiàn)84-88
• 攻讀碩士期間發(fā)表論文及科研成果88

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