基于四桿張拉整體結(jié)構(gòu)的機(jī)器人研究.pdf

1、在高科技迅速發(fā)展的今天，機(jī)器人已經(jīng)成為人們生活中不可缺少的一部分。張拉整體機(jī)器人作為機(jī)器人行業(yè)中一個(gè)全新的領(lǐng)域，由于其本身具有質(zhì)量輕、易變形、抗沖擊等特點(diǎn)，可以應(yīng)用到航天、探測(cè)、救災(zāi)等很多領(lǐng)域當(dāng)中，已經(jīng)引起大量學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文對(duì)四桿張拉整體機(jī)器人進(jìn)行深入研究，主要包括幾何構(gòu)型、結(jié)構(gòu)變形與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與承載能力分析、運(yùn)動(dòng)仿真以及實(shí)物樣機(jī)的試驗(yàn)，具體內(nèi)容如下：
　　首先進(jìn)行一階張拉整體結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型的建立。通過建立結(jié)構(gòu)的節(jié)

2、點(diǎn)矢量矩陣，構(gòu)件矢量矩陣，用連接矩陣建立起節(jié)點(diǎn)矢量矩陣與構(gòu)件矢量矩陣之間的連接關(guān)系，從而建立出理論構(gòu)型。根據(jù)節(jié)點(diǎn)力平衡關(guān)系進(jìn)行扭轉(zhuǎn)角度?值的確定，得出p根桿組成的一階張拉整體結(jié)構(gòu)的p-1種不同的理論構(gòu)型。構(gòu)建出所需要的四桿張拉整體結(jié)構(gòu)三種理論構(gòu)型和實(shí)物模型，并通過分析比較，選擇第一種理論構(gòu)型與實(shí)物模型作為本文的研究對(duì)象。
　　其次對(duì)四桿張拉整體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。通過結(jié)構(gòu)的變形形狀分析，表示出結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)與對(duì)角索長度變化之間的函數(shù)關(guān)

3、系，從而得到結(jié)構(gòu)變形過程中任意位置的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值。運(yùn)用齊次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換法對(duì)建立出的理論模型進(jìn)行坐標(biāo)的齊次變換，得到結(jié)構(gòu)側(cè)面三角形位于 XOY面上的位姿，方便分析結(jié)構(gòu)質(zhì)心與著地面三角形之間的位置關(guān)系。分別對(duì)奇偶數(shù)步態(tài)結(jié)構(gòu)通過變形完成翻轉(zhuǎn)的可行性進(jìn)行了分析，確定了對(duì)角索長度變化范圍和其他構(gòu)件長度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而確定結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)連續(xù)滾動(dòng)過程中驅(qū)動(dòng)索構(gòu)件長度的連續(xù)變化量。最終通過變形過程中節(jié)點(diǎn)位置變化，得到節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的速度、加速度與對(duì)角索長度變化之間確定的

4、函數(shù)關(guān)系，確定了結(jié)構(gòu)變形過程中驅(qū)動(dòng)索構(gòu)件的控速策略。
　　接著建立節(jié)點(diǎn)力平衡方程以及變形協(xié)調(diào)方程，運(yùn)用SM法和乘積力法對(duì)結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)以及變形過程中的形態(tài)穩(wěn)定性進(jìn)行判定，確保建立的四桿張拉整體機(jī)器人結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，具有可控性，不會(huì)發(fā)生矢穩(wěn)現(xiàn)象。利用有限元法構(gòu)建結(jié)構(gòu)的剛度矩陣，對(duì)結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度矩陣進(jìn)行修正，得到適用于張拉整體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的剛度矩陣。在施加外力的條件下，通過分析結(jié)構(gòu)的變形量來判斷結(jié)構(gòu)的承載能力，確保結(jié)構(gòu)具有

5、承載一定量載荷而不會(huì)發(fā)生變形。
　　最后進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和樣機(jī)的試驗(yàn)。運(yùn)用ADAMS軟件對(duì)四桿張拉整體機(jī)器人奇偶數(shù)步態(tài)變形翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)仿真、整體步態(tài)連續(xù)運(yùn)動(dòng)仿真、通過驅(qū)動(dòng)單個(gè)對(duì)角索構(gòu)件使結(jié)構(gòu)發(fā)生變形完成結(jié)構(gòu)滾動(dòng)轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)仿真，繪制四桿張拉整體機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中節(jié)點(diǎn)位移曲線以及質(zhì)心運(yùn)動(dòng)軌跡，并驗(yàn)證其理論分析的正確性。通過試驗(yàn)的方法，確定了四桿張拉整體機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式。運(yùn)用Solidworks軟件完成樣機(jī)三維模型的創(chuàng)建，并制作出實(shí)物樣機(jī)。對(duì)樣機(jī)進(jìn)行奇