一種含柔性桿件的空間并聯(lián)機(jī)器人控制策略的研究.pdf

1、本文針對(duì)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(jī)器人作為研究對(duì)象，系統(tǒng)地分析了該剛?cè)峄旌舷到y(tǒng)的非線性正動(dòng)力學(xué)模型和逆動(dòng)力學(xué)模型，提出了一種適用于閉鏈機(jī)構(gòu)的柔性動(dòng)力學(xué)方程的求解方法，并根據(jù)系統(tǒng)的逆動(dòng)力學(xué)模型對(duì)控制策略進(jìn)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(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，然后利用牛頓-歐拉法求出了各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的約束反力和約束力矩?；谧匀蛔鴺?biāo)法構(gòu)

2、建了剛性空間梁?jiǎn)卧蛣傂詣?dòng)平臺(tái)的質(zhì)量矩陣，并根據(jù)拉格朗日法求出了剛性機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)驗(yàn)證了該方法與參考坐標(biāo)法建立的動(dòng)力學(xué)模型具有等效性。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛性模型為其柔性動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建和求解提供了重要的理論依據(jù)。
　?。?）針對(duì)剛性3-RRRU并聯(lián)機(jī)器人，在考慮所有關(guān)節(jié)摩擦力矩的情況下，基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型提出了一種新型的近似時(shí)間最優(yōu)的平滑軌跡規(guī)劃方法，通過(guò)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(guò)程，并通

3、過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)論證了規(guī)劃方法的可行性和有效性，總結(jié)出并聯(lián)機(jī)器人和串聯(lián)機(jī)器人在規(guī)劃過(guò)程中體現(xiàn)出的不同特性，該方法可用于柔性并聯(lián)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃。
　?。?）利用自然坐標(biāo)法和絕對(duì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)法構(gòu)建了剛?cè)峄旌?-RRRU并聯(lián)機(jī)器人的非線性動(dòng)力學(xué)模型。與傳統(tǒng)的線彈性動(dòng)力學(xué)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?jiǎn)卧募羟行?yīng)，同時(shí)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(xué)中泊松閉鎖現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)彈

4、性矩陣和應(yīng)變能進(jìn)行了合理分割，同時(shí)針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特性，給出了計(jì)算彈性力及其雅克比矩陣的新方法，從而提高了求解的計(jì)算效率。根據(jù)柔性并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的特性，對(duì)其求解原則、求解方法和求解性能進(jìn)行了詳細(xì)的分析和說(shuō)明。
　?。?）針對(duì)柔性并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型在求解過(guò)程中出現(xiàn)的破壞剛性約束的問(wèn)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(dòng)力學(xué)模型正解和逆解過(guò)程中的正確性。然后，根據(jù)所獲得的逆動(dòng)力學(xué)解構(gòu)建了系統(tǒng)的控制策略，并通