四索牽引攝像機器人穩(wěn)定性分析.pdf

1、柔索牽引攝像機器人可在跨度250米左右的運動場上空“飛行”，風(fēng)荷干擾、頻繁變速、快速啟停的慣性沖擊等因素易造成攝像機平臺晃動，導(dǎo)致圖像模糊。因而在穩(wěn)定性能方面，攝像機器人比其他柔索牽引并聯(lián)機器人面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。但是目前國內(nèi)還缺乏描述柔索牽引攝像機器人穩(wěn)定性能的定性和定量指標(biāo)。本文旨在參考其他系統(tǒng)穩(wěn)定性能分析的基礎(chǔ)上，提出用于衡量柔索牽引攝像機器人穩(wěn)定性能的指標(biāo)，以期能夠嘗試柔索牽引攝像機器人系統(tǒng)的多環(huán)節(jié)穩(wěn)定性增強技術(shù)，以保證攝像機在

2、環(huán)境因素干擾和頻繁啟停折返的條件下成功完成拍攝工作。
　　首先，基于矢量理論和求導(dǎo)的方法，建立了一般柔索牽引并聯(lián)機器人的運動學(xué)模型。結(jié)合四索牽引攝像機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，得到了該攝像機器人運動學(xué)的簡化模型。利用解析方法，分析了位置逆解、速度逆解和加速度逆解，采用圓錐螺旋線軌跡對運動學(xué)逆解進行了模擬仿真。
　　其次，建立了四索牽引攝像機器人的動力學(xué)模型，利用動力學(xué)方程反向求解索力，將冗余索力問題轉(zhuǎn)化為凸規(guī)劃問題。采用不同目標(biāo)函

3、數(shù)對冗余索力進行了優(yōu)化求解，比較了各種方法的優(yōu)劣，從改善系統(tǒng)剛度性能，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性角度出發(fā)，選擇了索力方差最小作為最終優(yōu)化求解策略。
　　之后，給出了四索牽引攝像機器人工作空間的定義。分析了柔索牽引機器人系統(tǒng)與無摩擦固定點接觸抓取系統(tǒng)的相似性，將力封閉抓取的凸條件引入到柔索牽引并聯(lián)機器人系統(tǒng)力螺旋封閉的判定中。利用矢量封閉原理通過降維的方法給出工作空間求解的一致策略。通過對理論模型的數(shù)值仿真，探討了末端執(zhí)行器的質(zhì)量和柔索的最大許

4、用拉力這兩個結(jié)構(gòu)性因素對工作空間的影響，為四索牽引攝像機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論參考。
　　最后，借鑒其他系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法，本文給出了最小索力和靜剛度矩陣最小奇異值這兩個衡量四索牽引攝像機器人穩(wěn)定性能的原始指標(biāo)，并分別運用這兩個原始指標(biāo)對整個工作空間的穩(wěn)定性能加以仿真分析，據(jù)此探討了兩者的優(yōu)缺點。利用原始指標(biāo)采用歸一化方法和加權(quán)處理得到了衡量攝像機器人穩(wěn)定性能的綜合指標(biāo)穩(wěn)定度，分析了不同的加權(quán)系數(shù)對穩(wěn)定度指標(biāo)的影響，選取了合理