兩種并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)性能分析與運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、平面2自由度冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人和繩牽引并聯(lián)機(jī)器人是并聯(lián)機(jī)器人家族中重要的組成部分，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和重要的開(kāi)發(fā)價(jià)值。本文針對(duì)這兩種并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了工作空間分析、奇異性分析、剛度解析表達(dá)、冗余驅(qū)動(dòng)力優(yōu)化分配、動(dòng)力學(xué)建模及運(yùn)動(dòng)控制的研究，旨在為這兩種并聯(lián)機(jī)器人的性能提升和實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。完成的主要工作及取得的研究成果歸納如下：
　　 1.建立了平面2自由度冗余驅(qū)動(dòng)和非冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)與工作空間形狀的函

2、數(shù)關(guān)系，繪制了兩者基于無(wú)量綱參數(shù)的工作空間圖譜，比較了兩類工作空間的特點(diǎn)與優(yōu)缺點(diǎn)，為該并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了系統(tǒng)的參考依據(jù)。
　　 研究了平面2自由度冗余驅(qū)動(dòng)與非冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的奇異性，推導(dǎo)了奇異軌跡的解析表達(dá)式，繪制了基于無(wú)量綱參數(shù)的奇異軌跡圖譜，揭示了冗余驅(qū)動(dòng)對(duì)消除機(jī)構(gòu)奇異性的有效作用，為機(jī)構(gòu)避免奇異性的路徑規(guī)劃提供了有益的參考。
　　 2.對(duì)平面2自由度冗余驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的綜合性能進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)?；谶\(yùn)動(dòng)學(xué)

3、模型，給出了該機(jī)器人的雅可比矩陣和最優(yōu)拓?fù)錁?gòu)形，分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)工作空間和奇異性的影響規(guī)律。提出了衡量機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度、力傳遞能力、結(jié)構(gòu)剛度和工作空間利用率的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立了以綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，以任務(wù)空間和無(wú)奇異位形為約束條件的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，采用自適應(yīng)遺傳算法完成了優(yōu)化求解。
　　 3.研究欠約束、完全約束及冗余約束繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的工作空間，給出了三類約束繩牽引并聯(lián)機(jī)器人工作空間存在的普遍條件及證明，進(jìn)而提出一種適用于

4、三類約束繩牽引并聯(lián)機(jī)器人工作空間的一致求解策略，并應(yīng)用一致求解策略對(duì)三個(gè)典型機(jī)器人進(jìn)行了工作空間的求解和對(duì)比分析。
　　 4.建立了包含關(guān)節(jié)彈性變形以及繩拉力等因素的繩牽引并聯(lián)機(jī)器人完整的剛度模型，推導(dǎo)了剛度矩陣的數(shù)學(xué)表達(dá)式。通過(guò)對(duì)理論模型進(jìn)行數(shù)值仿真，探討了繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)型參數(shù)及驅(qū)動(dòng)力對(duì)系統(tǒng)剛度的影響機(jī)理，為機(jī)器人的變剛度控制奠定理論基礎(chǔ)。
　　 5.針對(duì)飛行器風(fēng)洞柔性支撐系統(tǒng)和大型射電望遠(yuǎn)鏡艙索粗調(diào)子系統(tǒng)—兩種

5、不同應(yīng)用背景的繩牽引并聯(lián)機(jī)器人，進(jìn)行動(dòng)力學(xué)控制的研究?；贜ewton-Euler法分別建立了兩個(gè)繩牽引并聯(lián)機(jī)器人的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。
　　 以應(yīng)用于低速風(fēng)洞試驗(yàn)的6自由度繩牽引冗余并聯(lián)機(jī)器人為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于剛度增強(qiáng)準(zhǔn)則的關(guān)節(jié)空間PD修正前饋控制器，實(shí)現(xiàn)了以提高飛行器升力方向、順風(fēng)向和俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)方向剛度為目標(biāo)的繩系張力優(yōu)化分配，解決飛行器模型在風(fēng)荷作用下動(dòng)態(tài)定位誤差大的問(wèn)題。
　　 以應(yīng)用于大型射電望遠(yuǎn)鏡饋源位姿動(dòng)態(tài)調(diào)