柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)動力特性及其優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)具有能耗低、驅(qū)動裝置小、操作速度高、承載能力大、可靠性高等優(yōu)點,在軍事、宇航、醫(yī)學等領(lǐng)域中的應(yīng)用有著顯著的優(yōu)勢,因而成為機器人研究和應(yīng)用領(lǐng)域的前沿課題.目前對于柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)的研究主要集中于系統(tǒng)的動力學建模、運動規(guī)劃等方面,對于動力特性和最優(yōu)化設(shè)計卻很少涉及.柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)決定了系統(tǒng)的動力性能,因此,研究其動力特性對于系統(tǒng)動力性能的優(yōu)化和高性能系統(tǒng)的設(shè)計都有著重要的意義.該文研究了柔性機器

2、人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)的動力特性,并利用其動力特性對系統(tǒng)進行了優(yōu)化設(shè)計.首先,建立了柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)的動力學模型.對基于Langrange方程和有限元法建立的兩平面3R柔性機器人協(xié)調(diào)操作零自由度剛性負載的動力學模型進行了詳細的推導(dǎo),并進一步對其操作精度、關(guān)節(jié)驅(qū)動力矩和最大應(yīng)力進行仿真分析.然后,深入分析了柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)的動力特性.柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)參數(shù)決定了系統(tǒng)的質(zhì)量矩陣和剛度矩陣,從而決定了系統(tǒng)的動力性能,因而系統(tǒng)參數(shù)和其動

3、力特性之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系.該文通過對單元動力學方程進行理論推導(dǎo),得到了單元參數(shù)和單元固有頻率之間的變化規(guī)律,并且通過數(shù)值仿真分析了系統(tǒng)的截面參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)和材料參數(shù)對系統(tǒng)固有頻率、動力性能的影響.最后,對柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)進行了最優(yōu)化設(shè)計.根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)和系統(tǒng)動力特性之間的內(nèi)在聯(lián)系,利用非線性規(guī)劃法,進行了柔性機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)最優(yōu)化設(shè)計和截面最優(yōu)化設(shè)計,同時進一步進行材料的選擇,從而求出最小重量解.對優(yōu)化前后的系統(tǒng)進行比較,