柔索式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)建模和穩(wěn)定性分析.pdf

1、柔索式多機器人吊運系統(tǒng)是并聯(lián)機器人的一個重要分支，也是一種新型的多機器人系統(tǒng)，因此，柔索式多機器人吊運系統(tǒng)不但兼并了并聯(lián)機器人和多機器人系統(tǒng)的特點，而且具有質(zhì)量輕、慣性小、工作空間大和運動靈活等優(yōu)點。這些特點決定了柔索式多機器人吊運系統(tǒng)其具有廣泛的應用領域和重要的研究價值，由于柔索的柔性和單向約束特性，柔索式多機器人吊運系統(tǒng)和傳統(tǒng)的剛性支撐并聯(lián)機器人具有很多不同的特點，具有很大的理論研究意義和使用價值。
　　首先，針對考慮機器人末

2、端和柔索連接點具更廣義性的3個平移自由度情況的柔索式多機器人吊運系統(tǒng)，建立吊運系統(tǒng)的廣義運動學模型，并分別利用旋量平衡方程和拉格朗日方程兩種方法建立了吊運系統(tǒng)的動力學模型。對吊運系統(tǒng)的運動學解的問題進行了分類討論，并針對運動學正、逆解分別給出了不同的解決辦法;緊接著，針對存在多組解的情況給出了優(yōu)化模型尋找最優(yōu)解的方法。應用軟件UG/ADAMS/MATLAB建立了吊運系統(tǒng)的聯(lián)合控制仿真平臺，通過實例仿真（包括聯(lián)合控制仿真和數(shù)值計算仿真）驗

3、證了系統(tǒng)運動學和動力學模型，并說明了求解的方法。
　　然后，分別建立了機器人運動誤差模型和柔索并聯(lián)機構的運動誤差模型，通過聯(lián)立機器人運動誤差模型和柔素并聯(lián)機構的運動誤差模型得到了吊運系統(tǒng)的包含誤差源的綜合運動誤差模型;緊接著，對其誤差源靈敏度進行了分析。通過實例計算仿真得到了各誤差源的靈敏度，即各誤差源對被吊運物運動誤差的影響程度由高到低依次為各機器人關節(jié)角、機器人連桿的原始精度、柔索的長度和被吊運物和柔索連接結點的間距。為吊運系

4、統(tǒng)的機械精度的選擇和控制方法的要求提供了理論依據(jù)，以達到最大程度的提高吊運系統(tǒng)的運動精度。
　　隨后，針對欠約束機構定位機構的靜力學平衡工作空間和動力學工作空間進行研究，由于欠約束的原因，系統(tǒng)不能滿足力旋量封閉條件，故用虛擬柔索法給出了該欠約束系統(tǒng)力旋量封閉的解決方案。在靜力學平衡工作空間中，主要應用廣義逆矩陣理給出了柔索拉力的表達式，并結合蒙特卡洛方法給出了靜力學平衡工作空間的計算步驟;在動力學工作空間中，主要應用矩陣Moore

5、-Penrose廣義逆理論進行了分析，并采用結構矩陣條件數(shù)來衡量動力學工作空間質(zhì)量的好壞，通過仿真計算得到了各影響因素對動力學工作空間的影響情況和三類吊運系統(tǒng)的動力學工作空間質(zhì)量的關系。
　　緊接著，針對系統(tǒng)的特性，分別給出了不同情況下的穩(wěn)定性定義，應用克拉索夫斯基法分析了吊運系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性，并給出了吊運系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定性的評價方法，通過實例仿真得到了三類系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定程度以及三類系統(tǒng)的穩(wěn)定性關系。分別提出基于柔索拉力變化率及比值方

6、法和基于力位姿混合動態(tài)運動穩(wěn)定性評價兩種方法給出了吊運系統(tǒng)的動態(tài)運動穩(wěn)定性的評價方法，并在后者的基礎上，分別定義了吊運系統(tǒng)的穩(wěn)定工作空間和抗干擾穩(wěn)定工作空間，通過仿真計算得到了各影響因素對動力學工作空間穩(wěn)定性的影響情況和影響規(guī)律，以及動力學工作空間不同部位的穩(wěn)定性高低情況。
　　最后，在上述理論分析的基礎上，搭建了滿足實驗要求的實體實驗平臺，并利用Visual Basic軟件編寫了吊運系統(tǒng)的上位機控制界面，進行了軌跡規(guī)劃實驗，進一