可調(diào)機(jī)構(gòu)和工業(yè)機(jī)器人的分析、綜合與仿真.pdf

1、可調(diào)機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)理論、傳感器技術(shù)、微電子學(xué)、現(xiàn)代控制理論、計(jì)算機(jī)和信息科學(xué)以及人工智能技術(shù)等多種學(xué)科相互交叉融合的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)相比，可調(diào)機(jī)構(gòu)具有一定的柔性且可靠性高、精確度好、容易制造和維修、能量消耗少等特性，這些特性使得可調(diào)機(jī)構(gòu)具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文以可調(diào)球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)、平面五桿機(jī)構(gòu)、平面七桿機(jī)構(gòu)以及帶局部閉鏈五自由度工業(yè)機(jī)器人為研究對(duì)象，應(yīng)用Groebner基、遺傳算法、并行計(jì)算等方法，在位置分析、軌跡綜合

2、、動(dòng)力學(xué)解析建模等方面進(jìn)行了較為深入研究。 基于Groebner基法和計(jì)算機(jī)符號(hào)處理技術(shù)對(duì)可調(diào)球面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置分析進(jìn)行符號(hào)求解。通過對(duì)變量排序、建立多項(xiàng)式對(duì)的集合、求SP多項(xiàng)式和約簡(jiǎn)等運(yùn)算，將非線性方程組化簡(jiǎn)為等價(jià)的三角化方程組，得到封閉形式的解析解。在此基礎(chǔ)上，研究調(diào)節(jié)構(gòu)件幾何參數(shù)對(duì)歐拉角變化的影響規(guī)律，并應(yīng)用Pro/E軟件建立機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真模型，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。 針對(duì)可調(diào)平面五桿機(jī)構(gòu)多任務(wù)軌跡綜合

3、問題，提出一種基于遺傳算法的機(jī)構(gòu)優(yōu)化綜合方法。以機(jī)構(gòu)實(shí)際實(shí)現(xiàn)軌跡與給定軌跡之間的位置誤差最小為目標(biāo)函數(shù)，建立可調(diào)五桿機(jī)構(gòu)的多任務(wù)優(yōu)化模型，并采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，得到全局最優(yōu)解。在進(jìn)行變異操作時(shí)，采用根據(jù)個(gè)體適應(yīng)度自適應(yīng)性調(diào)節(jié)變異率和變異量的方法，有效提高了進(jìn)化速度和求解精度。 提出基于并行計(jì)算建立可調(diào)平面七桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)解析模型的方法，并研究桿長(zhǎng)和慣性參數(shù)的變化對(duì)驅(qū)動(dòng)力/矩的影響。通過將機(jī)構(gòu)折解為單個(gè)構(gòu)件，并分別建立針對(duì)單個(gè)構(gòu)件

4、的子動(dòng)力學(xué)模型，計(jì)算相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力/矩，然后疊加得到機(jī)構(gòu)總的驅(qū)動(dòng)力/矩。并根據(jù)其計(jì)算特點(diǎn)，構(gòu)造動(dòng)力學(xué)解析模型的并行算法。由于動(dòng)力學(xué)模型是離線建立的，并采用并行算法，從而大大減少了在線計(jì)算量，為機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)控制打下了良好基礎(chǔ)。提出基于并行計(jì)算建立帶局部閉鏈的五自由度工業(yè)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)解析模型的方法。設(shè)想將閉式鏈的某一非主動(dòng)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)副拆開，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系用約束方程來代替，形成帶有附加約束的等效系統(tǒng)，然后基于Kane動(dòng)力學(xué)方程，導(dǎo)出顯式形式的動(dòng)力學(xué)方