一種含柔性桿件的空間并聯(lián)機器人控制策略的研究.pdf

1、本文針對提高柔性多體系統(tǒng)軌跡跟蹤精度的要求，將一種含有柔性桿件的3-RRRU空間并聯(lián)機器人作為研究對象，系統(tǒng)地分析了該剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)的非線性正動力學模型和逆動力學模型，提出了一種適用于閉鏈機構(gòu)的柔性動力學方程的求解方法，并根據(jù)系統(tǒng)的逆動力學模型對控制策略進行了研究，所取得的研究成果如下：
　?。?）基于向量環(huán)法建立了剛性3-RRRU并聯(lián)機器人的逆運動學模型，然后利用牛頓-歐拉法求出了各個運動關(guān)節(jié)的約束反力和約束力矩?；谧匀蛔鴺朔?gòu)

2、建了剛性空間梁單元和剛性動平臺的質(zhì)量矩陣，并根據(jù)拉格朗日法求出了剛性機構(gòu)的動力學模型，同時驗證了該方法與參考坐標法建立的動力學模型具有等效性。并聯(lián)機構(gòu)的剛性模型為其柔性動力學模型的構(gòu)建和求解提供了重要的理論依據(jù)。
　?。?）針對剛性3-RRRU并聯(lián)機器人，在考慮所有關(guān)節(jié)摩擦力矩的情況下，基于運動學模型和動力學模型提出了一種新型的近似時間最優(yōu)的平滑軌跡規(guī)劃方法，通過引入相平面上的零值偽加速度曲線，能夠有效地確定軌跡的加減速過程，并通

3、過理論和實驗論證了規(guī)劃方法的可行性和有效性，總結(jié)出并聯(lián)機器人和串聯(lián)機器人在規(guī)劃過程中體現(xiàn)出的不同特性，該方法可用于柔性并聯(lián)機器人的軌跡規(guī)劃。
　　（3）利用自然坐標法和絕對節(jié)點坐標法構(gòu)建了剛?cè)峄旌?-RRRU并聯(lián)機器人的非線性動力學模型。與傳統(tǒng)的線彈性動力學方法相比，該模型不僅未做任何線性化處理，而且考慮了柔性空間梁單元的剪切效應，同時可描述柔性構(gòu)件的大范圍彈性變形。
　?。?）為了避免連續(xù)介質(zhì)力學中泊松閉鎖現(xiàn)象的發(fā)生，對彈

4、性矩陣和應變能進行了合理分割，同時針對并聯(lián)機構(gòu)的特性，給出了計算彈性力及其雅克比矩陣的新方法，從而提高了求解的計算效率。根據(jù)柔性并聯(lián)機器人動力學方程的特性，對其求解原則、求解方法和求解性能進行了詳細的分析和說明。
　　（5）針對柔性并聯(lián)機器人動力學模型在求解過程中出現(xiàn)的破壞剛性約束的問題，提出了一種瞬態(tài)剛體校正法，從而保證了數(shù)值迭代方法在求解動力學模型正解和逆解過程中的正確性。然后，根據(jù)所獲得的逆動力學解構(gòu)建了系統(tǒng)的控制策略，并通