可重構(gòu)機(jī)器人操作柔性負(fù)載動(dòng)力學(xué)建模及軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、在現(xiàn)代制造業(yè)中，機(jī)器人得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的加快，機(jī)器人需要有更加靈活的工作方式以及更好的任務(wù)適應(yīng)能力。傳統(tǒng)機(jī)器人的構(gòu)型在設(shè)計(jì)完成后就已經(jīng)固定，只能被應(yīng)用到其目標(biāo)工作任務(wù)或相近的其他任務(wù)中，靈活性較差。但根據(jù)不同的工作需要去設(shè)計(jì)專門的機(jī)器人系統(tǒng)，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且開發(fā)周期較長，不能滿足工作環(huán)境快速變化的需求。因此為了克服傳統(tǒng)機(jī)器人的這些限制條件，可重構(gòu)模塊化機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，并且被快速應(yīng)用到工業(yè)制造領(lǐng)域中。航空

2、航天、汽車制造等領(lǐng)域中有很多需要機(jī)器人去操作柔性材料的場景，在機(jī)器人操作柔性負(fù)載的運(yùn)動(dòng)過程中，負(fù)載難免會(huì)發(fā)生振動(dòng)，這大大降低了機(jī)器人對(duì)柔性負(fù)載的操作精度。本文以此為研究背景，開展了可重構(gòu)機(jī)器人操作柔性負(fù)載的動(dòng)力學(xué)建模工作，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了機(jī)器人軌跡規(guī)劃振動(dòng)抑制研究。
　　機(jī)器人操作柔性負(fù)載是一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，而可重構(gòu)機(jī)器人操作柔性負(fù)載建模不僅具有傳統(tǒng)機(jī)器人操作柔性負(fù)載系統(tǒng)建模的難點(diǎn)，還需要考慮機(jī)器人構(gòu)型變化對(duì)模型的影

3、響。本文首先提出了一種層序列數(shù)組并利用它對(duì)可重構(gòu)機(jī)器人的構(gòu)型進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，結(jié)合指數(shù)積公式實(shí)現(xiàn)可重構(gòu)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)的自動(dòng)生成；其次，采用變形旋量和模態(tài)坐標(biāo)相結(jié)合的方式描述柔性負(fù)載的變形，得到負(fù)載上任意一點(diǎn)與其固定坐標(biāo)的變換關(guān)系；最后，通過機(jī)器人末端夾具與柔性負(fù)載之間的關(guān)系確定負(fù)載上任意點(diǎn)在參考坐標(biāo)系中的位置和速度。
　　可重構(gòu)機(jī)器人操作柔性負(fù)載動(dòng)力學(xué)建模是研究負(fù)載振動(dòng)的基礎(chǔ)。本文利用拉格朗日方程建立可重構(gòu)機(jī)器人操作柔性負(fù)載系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)

4、方程。文章首先在運(yùn)動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上研究了機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)能和勢(shì)能，并將其帶入到拉格朗日方程，得到機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型；其次，對(duì)柔性負(fù)載進(jìn)行分析，求出其在參考坐標(biāo)系中的動(dòng)能和勢(shì)能，并推導(dǎo)出其動(dòng)力學(xué)方程；最后，利用機(jī)器人末端夾具與柔性負(fù)載之間的作用力關(guān)系建立整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型。
　　針對(duì)機(jī)器人在操作柔性負(fù)載運(yùn)動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，影響末端操作精度的問題，本文提出了基于粒子群算法的軌跡規(guī)劃方法抑制負(fù)載末端振動(dòng)。首先建立了負(fù)載振動(dòng)的模態(tài)坐標(biāo)與機(jī)器