纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)剛度建模及分析.pdf

1、機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)快速發(fā)展，這使得人們對(duì)于機(jī)器人功能的需求不斷增加，機(jī)器人適用的工作場(chǎng)所和使用方式也在不斷的拓展，然而對(duì)于較為繁復(fù)的工作，使用單獨(dú)的機(jī)器人完成工作，已不是最優(yōu)的實(shí)踐方案，而是采用多個(gè)機(jī)器人協(xié)同工作的方式，組建成多機(jī)器人系統(tǒng)。
　　首先，對(duì)于纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行分析，對(duì)于其進(jìn)行靜力學(xué)分析，推導(dǎo)出空間力平衡方程，進(jìn)一步得到每根柔索上的拉力，通過(guò)分析作用于機(jī)器人上的力與形變，得到機(jī)器人的靜剛度。其次，

2、對(duì)于纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，列出纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。然后，對(duì)于纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，分析正運(yùn)動(dòng)學(xué)時(shí)，先分析機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)，再以機(jī)器人末端位置和纜繩長(zhǎng)度，建立機(jī)器人末端與吊運(yùn)物之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。分析逆運(yùn)動(dòng)學(xué)時(shí)，考慮其逆運(yùn)動(dòng)學(xué)相對(duì)復(fù)雜，因此首先分析吊運(yùn)物與機(jī)器人末端的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，然后得到機(jī)器人末端位置，再分析機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)，從而完成對(duì)纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系

3、統(tǒng)的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析。
　　研究纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)的靜剛度與動(dòng)剛度，對(duì)于其特性進(jìn)行了分析與驗(yàn)證，首先，分析考慮機(jī)器人末端變化以及剛度的系統(tǒng)模型，建立了吊運(yùn)系統(tǒng)的靜剛度模型，并且結(jié)合柔索剛度小于機(jī)器人剛度的實(shí)際情況，得出了柔索剛度對(duì)于吊運(yùn)系統(tǒng)的影響大于機(jī)器人剛度的結(jié)論?；诳臻g力平衡方程，建立了包含變機(jī)器人末端位置的機(jī)器人形變和柔索形變模型。模型不僅考慮了柔索的單向受拉性及柔索具有的自由度特性因素，并且結(jié)合機(jī)器人剛性形變引起

4、的末端位置變化，建立了吊運(yùn)系統(tǒng)的剛度模型。基于空間幾何位置關(guān)系，建立了吊運(yùn)物位置模型。其次，建立了纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)的動(dòng)剛度模型，分析吊運(yùn)系統(tǒng)與其固有頻率之間的相互關(guān)系。
　　對(duì)于纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)的可行域進(jìn)行了分析，首先分析機(jī)器人末端可行域，構(gòu)建機(jī)器人可行域的模型。其次，對(duì)于纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)空間的幾何位置進(jìn)行了分析，同時(shí)對(duì)其所受的約束條件進(jìn)行了分析，建立吊運(yùn)物的位置坐標(biāo)方程，在基于剛度的情況下求解

5、纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)的可行域，通過(guò)仿真求解得到吊運(yùn)系統(tǒng)的可行域，并且設(shè)立對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在不同剛度條件下，分析剛度對(duì)于可行域的影響，得到了基于剛度的機(jī)器人可行域模型，同時(shí)為進(jìn)一步的可行域規(guī)劃提供理論依據(jù)。模型考慮了機(jī)器人靜剛度對(duì)于吊運(yùn)系統(tǒng)可行域的影響。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)，得出了考慮靜剛度的纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)的可行域。分析得到的結(jié)果，發(fā)生形變后的可行域產(chǎn)生變形，并且豎直方向上形變量最大。最后，分析剛度對(duì)于吊運(yùn)物運(yùn)動(dòng)軌跡的影響，得到仿

6、真軌跡。
　　對(duì)于建立的纜系式緊耦合多機(jī)器人吊運(yùn)系統(tǒng)的剛度模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，首先結(jié)合理論需求以及實(shí)際情況，考量了實(shí)驗(yàn)方案的可行性與可操作性，確立了實(shí)驗(yàn)的基本方案。其次，對(duì)于實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行搭建，以及對(duì)滿足實(shí)驗(yàn)需求的具體器材進(jìn)行說(shuō)明，其具體組成包括上位機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、導(dǎo)軌、電機(jī)、負(fù)載、位姿測(cè)量裝置等。再次，對(duì)于實(shí)驗(yàn)的具體數(shù)據(jù)采集進(jìn)行規(guī)劃，完成了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與理論結(jié)果的對(duì)比，其中包括靜狀態(tài)下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)與動(dòng)狀態(tài)下的對(duì)比實(shí)驗(yàn)