可重構(gòu)機器人操作柔性負載動力學建模及軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、在現(xiàn)代制造業(yè)中，機器人得到越來越廣泛的應用。隨著制造業(yè)自動化進程的加快，機器人需要有更加靈活的工作方式以及更好的任務適應能力。傳統(tǒng)機器人的構(gòu)型在設(shè)計完成后就已經(jīng)固定，只能被應用到其目標工作任務或相近的其他任務中，靈活性較差。但根據(jù)不同的工作需要去設(shè)計專門的機器人系統(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)機器人的這些限制條件，可重構(gòu)模塊化機器人應運而生，并且被快速應用到工業(yè)制造領(lǐng)域中。航空

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

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

4、方程。文章首先在運動學的基礎(chǔ)上研究了機器人系統(tǒng)的動能和勢能，并將其帶入到拉格朗日方程，得到機器人的動力學模型；其次，對柔性負載進行分析，求出其在參考坐標系中的動能和勢能，并推導出其動力學方程；最后，利用機器人末端夾具與柔性負載之間的作用力關(guān)系建立整個系統(tǒng)的動力學模型。
　　針對機器人在操作柔性負載運動過程中會產(chǎn)生振動，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)劃方法抑制負載末端振動。首先建立了負載振動的模態(tài)坐標與機器