球形張拉整體機器人研究.pdf

1、張拉整體結(jié)構(gòu)是一種由壓桿和拉索組成的特殊張拉桁架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件只承受軸向載荷。這樣的結(jié)構(gòu)逐漸由藝術(shù)領(lǐng)域走進工程領(lǐng)域，由雕塑作品到建筑材料再到航天機器人，張拉整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了一個研究熱點。當(dāng)前，張拉整體機器人的研究尚處于發(fā)展階段，張拉整體機器人的種類繁多，用途各異。在眾多張拉機器人的研究中，球形張拉整體結(jié)構(gòu)機器人的研究居多，本文將以球形張拉整體機器人為研究對象，對一種具有承載空間的張拉整體機器人進行相關(guān)研究。
　　張拉整體結(jié)構(gòu)

2、是球形張拉整體機器人的結(jié)構(gòu)主體，本文從張拉整體結(jié)構(gòu)構(gòu)型入手，利用數(shù)學(xué)建模的方法，首先確定張拉結(jié)構(gòu)的節(jié)點排序并推導(dǎo)計算節(jié)點矢量矩陣，通過分析節(jié)點與桿索構(gòu)件的連接關(guān)系，推導(dǎo)計算桿索構(gòu)件的連接矩陣，完成對張拉整體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模，實現(xiàn)張拉整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)型。同時在球形張拉結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)建模的基礎(chǔ)上，討論了張拉結(jié)構(gòu)內(nèi)部承載空間與張拉結(jié)構(gòu)外形尺寸的關(guān)系。
　　對球形張拉整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題進行分析。本文基于已經(jīng)建立的張拉整體結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，建立結(jié)構(gòu)的力平

3、衡方程，通過平衡矩陣求出機構(gòu)位移模態(tài)及自應(yīng)力模態(tài)，確定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定類型。利用魚群算法進一步對張拉結(jié)構(gòu)進行變形狀態(tài)下的穩(wěn)定性判定。同時借助魚群算法優(yōu)化張拉整體結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的受力情況，得出張拉結(jié)構(gòu)各構(gòu)件平均受力的方案。
　　對球形張拉整體機器人的驅(qū)動方式的選定進行分析。本文首先對現(xiàn)有的可能應(yīng)用于張拉整體機器人的驅(qū)動方式進行比較，找出適合張拉整體結(jié)構(gòu)特性的兩種驅(qū)動方案。進一步在對兩種驅(qū)動方案進行仿真分析，對兩種驅(qū)動方案進行驅(qū)動效率的比較，確

4、定張拉整體結(jié)構(gòu)驅(qū)動方案。
　　對張拉結(jié)構(gòu)抗沖擊能力進行分析。本文參考外星探測器著陸試驗的實驗方法，通過同高度不同的著地點數(shù)、同高度同著地點數(shù)不同著地方式兩種試驗方式對張拉結(jié)構(gòu)進行仿真分析，得到各著地情況張拉結(jié)構(gòu)所受沖擊力的數(shù)據(jù)。對剛性桁架結(jié)構(gòu)進行同樣的仿真分析并獲得其所受沖擊力數(shù)據(jù)，根據(jù)仿真獲得的數(shù)據(jù)計算張拉結(jié)構(gòu)的沖擊力吸收率，對張拉結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力進行校驗。
　　對球形張拉整體機器人的運動問題進行分析。本文采用仿真與實物試

5、驗并行的方式對球形張拉整體機器人的運動驅(qū)動方式及運動路線進行研究。在仿真分析方面，對張拉整體結(jié)構(gòu)進行初步的結(jié)構(gòu)屬性設(shè)定，規(guī)范張拉整體機器人驅(qū)動控制方法，研究張拉機器人運動步態(tài)，得到球形張拉整體機器人的運動方案及運動路線。在實物試驗中，首先搭建了球形張拉整體實物模型，利用仿真的結(jié)果對張拉整體模型進行控制操作，對仿真分析所獲得的運動方案和控制方案進行檢驗。對比兩種情況下球形張拉整體機器人的運動，對其運動方案進行修正，獲得球形張拉整體機器人的