球形張拉整體機(jī)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(jìn)工程領(lǐng)域，由雕塑作品到建筑材料再到航天機(jī)器人，張拉整體結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了一個(gè)研究熱點(diǎn)。當(dāng)前，張拉整體機(jī)器人的研究尚處于發(fā)展階段，張拉整體機(jī)器人的種類繁多，用途各異。在眾多張拉機(jī)器人的研究中，球形張拉整體結(jié)構(gòu)機(jī)器人的研究居多，本文將以球形張拉整體機(jī)器人為研究對(duì)象，對(duì)一種具有承載空間的張拉整體機(jī)器人進(jìn)行相關(guān)研究。
　　張拉整體結(jié)構(gòu)

2、是球形張拉整體機(jī)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(diǎn)排序并推導(dǎo)計(jì)算節(jié)點(diǎn)矢量矩陣，通過分析節(jié)點(diǎn)與桿索構(gòu)件的連接關(guān)系，推導(dǎo)計(jì)算桿索構(gòu)件的連接矩陣，完成對(duì)張拉整體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模，實(shí)現(xiàn)張拉整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)型。同時(shí)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(duì)球形張拉整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題進(jìn)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(jī)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(jìn)一步對(duì)張拉結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形狀態(tài)下的穩(wěn)定性判定。同時(shí)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(duì)球形張拉整體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式的選定進(jìn)行分析。本文首先對(duì)現(xiàn)有的可能應(yīng)用于張拉整體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行比較，找出適合張拉整體結(jié)構(gòu)特性的兩種驅(qū)動(dòng)方案。進(jìn)一步在對(duì)兩種驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行仿真分析，對(duì)兩種驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行驅(qū)動(dòng)效率的比較，確

4、定張拉整體結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)方案。
　　對(duì)張拉結(jié)構(gòu)抗沖擊能力進(jìn)行分析。本文參考外星探測器著陸試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法，通過同高度不同的著地點(diǎn)數(shù)、同高度同著地點(diǎn)數(shù)不同著地方式兩種試驗(yàn)方式對(duì)張拉結(jié)構(gòu)進(jìn)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(duì)剛性桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)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(jì)算張拉結(jié)構(gòu)的沖擊力吸收率，對(duì)張拉結(jié)構(gòu)的抗沖擊能力進(jìn)行校驗(yàn)。
　　對(duì)球形張拉整體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)問題進(jìn)行分析。本文采用仿真與實(shí)物試

5、驗(yàn)并行的方式對(duì)球形張拉整體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式及運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行研究。在仿真分析方面，對(duì)張拉整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)屬性設(shè)定，規(guī)范張拉整體機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制方法，研究張拉機(jī)器人運(yùn)動(dòng)步態(tài)，得到球形張拉整體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方案及運(yùn)動(dòng)路線。在實(shí)物試驗(yàn)中，首先搭建了球形張拉整體實(shí)物模型，利用仿真的結(jié)果對(duì)張拉整體模型進(jìn)行控制操作，對(duì)仿真分析所獲得的運(yùn)動(dòng)方案和控制方案進(jìn)行檢驗(yàn)。對(duì)比兩種情況下球形張拉整體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)，對(duì)其運(yùn)動(dòng)方案進(jìn)行修正，獲得球形張拉整體機(jī)器人的