繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模與控制研究.pdf

1、繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人是在傳統(tǒng)剛性連桿并聯(lián)機(jī)器人的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一類新型并聯(lián)機(jī)器人。繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人采用繩索代替剛性連桿將末端執(zhí)行器與靜平臺(tái)連接起來，使其具有工作空間大、負(fù)載質(zhì)量比高、造價(jià)成本低和易于模塊化和維修等優(yōu)點(diǎn)。然而，繩索的彈性和柔性、繩索在自重作用下產(chǎn)生的下垂以及繩索的時(shí)變質(zhì)量問題都給繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模與運(yùn)動(dòng)控制帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，本文針對(duì)繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模和動(dòng)力學(xué)控制進(jìn)行了研究，主要工作可歸納為以

2、下四個(gè)方面:
　　第一，當(dāng)繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)較為緩慢時(shí)，在建立機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的過程中可以采用繩索的靜力學(xué)模型代替繩索的動(dòng)力學(xué)模型。為此，本文針對(duì)6-DOF繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人，分別建立了繩索的直線模型和繩索的懸鏈線模型，并分別基于這兩種繩索模型建立了機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型。
　　第二，由于懸鏈線超越函數(shù)的引入使得繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的解析解很難得到，因此本文通過優(yōu)化算法求解6-DOF繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人的非線性逆動(dòng)力

3、學(xué)方程。為了保證數(shù)值解能夠充分接近真實(shí)解，將繩索直線模型得到的機(jī)器人的逆動(dòng)力學(xué)解作為優(yōu)化算法的初始值進(jìn)行迭代。最后對(duì)兩種模型的動(dòng)力學(xué)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了當(dāng)繩索的重量影響較大時(shí)，采用繩索懸鏈線模型建立并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型是必要的。
　　第三，當(dāng)繩索牽引并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)速度和加速度較大時(shí)，繩索的靜力學(xué)模型不能滿足建模精度要求，此時(shí)需要考慮繩索的動(dòng)力學(xué)行為對(duì)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型的影響。為此，本文采用有限元法建立繩索的動(dòng)力學(xué)模型。通過忽略繩索