球形張拉整體機器人研究.pdf

1、張拉整體結構是一種由壓桿和拉索組成的特殊張拉桁架結構，結構中的構件只承受軸向載荷。這樣的結構逐漸由藝術領域走進工程領域，由雕塑作品到建筑材料再到航天機器人，張拉整體結構已經成為了一個研究熱點。當前，張拉整體機器人的研究尚處于發(fā)展階段，張拉整體機器人的種類繁多，用途各異。在眾多張拉機器人的研究中，球形張拉整體結構機器人的研究居多，本文將以球形張拉整體機器人為研究對象，對一種具有承載空間的張拉整體機器人進行相關研究。
　　張拉整體結構

2、是球形張拉整體機器人的結構主體，本文從張拉整體結構構型入手，利用數(shù)學建模的方法，首先確定張拉結構的節(jié)點排序并推導計算節(jié)點矢量矩陣，通過分析節(jié)點與桿索構件的連接關系，推導計算桿索構件的連接矩陣，完成對張拉整體結構的數(shù)學建模，實現(xiàn)張拉整體結構的構型。同時在球形張拉結構數(shù)學建模的基礎上，討論了張拉結構內部承載空間與張拉結構外形尺寸的關系。
　　對球形張拉整體結構的穩(wěn)定性問題進行分析。本文基于已經建立的張拉整體結構數(shù)學模型，建立結構的力平

3、衡方程，通過平衡矩陣求出機構位移模態(tài)及自應力模態(tài)，確定結構的穩(wěn)定類型。利用魚群算法進一步對張拉結構進行變形狀態(tài)下的穩(wěn)定性判定。同時借助魚群算法優(yōu)化張拉整體結構各構件的受力情況，得出張拉結構各構件平均受力的方案。
　　對球形張拉整體機器人的驅動方式的選定進行分析。本文首先對現(xiàn)有的可能應用于張拉整體機器人的驅動方式進行比較，找出適合張拉整體結構特性的兩種驅動方案。進一步在對兩種驅動方案進行仿真分析，對兩種驅動方案進行驅動效率的比較，確

4、定張拉整體結構驅動方案。
　　對張拉結構抗沖擊能力進行分析。本文參考外星探測器著陸試驗的實驗方法，通過同高度不同的著地點數(shù)、同高度同著地點數(shù)不同著地方式兩種試驗方式對張拉結構進行仿真分析，得到各著地情況張拉結構所受沖擊力的數(shù)據(jù)。對剛性桁架結構進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)計算張拉結構的沖擊力吸收率，對張拉結構的抗沖擊能力進行校驗。
　　對球形張拉整體機器人的運動問題進行分析。本文采用仿真與實物試

5、驗并行的方式對球形張拉整體機器人的運動驅動方式及運動路線進行研究。在仿真分析方面，對張拉整體結構進行初步的結構屬性設定，規(guī)范張拉整體機器人驅動控制方法，研究張拉機器人運動步態(tài)，得到球形張拉整體機器人的運動方案及運動路線。在實物試驗中，首先搭建了球形張拉整體實物模型，利用仿真的結果對張拉整體模型進行控制操作，對仿真分析所獲得的運動方案和控制方案進行檢驗。對比兩種情況下球形張拉整體機器人的運動，對其運動方案進行修正，獲得球形張拉整體機器人的