纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)剛度建模及分析.pdf

1、機器人應用技術快速發(fā)展，這使得人們對于機器人功能的需求不斷增加，機器人適用的工作場所和使用方式也在不斷的拓展，然而對于較為繁復的工作，使用單獨的機器人完成工作，已不是最優(yōu)的實踐方案，而是采用多個機器人協(xié)同工作的方式，組建成多機器人系統(tǒng)。
　　首先，對于纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)力學與運動學進行分析，對于其進行靜力學分析，推導出空間力平衡方程，進一步得到每根柔索上的拉力，通過分析作用于機器人上的力與形變，得到機器人的靜剛度。其次，

2、對于纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)進行動力學分析，根據(jù)達朗貝爾原理，列出纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)動力學方程。然后，對于纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)的運動學進行了分析，分析正運動學時，先分析機器人的運動學，再以機器人末端位置和纜繩長度，建立機器人末端與吊運物之間的運動關系。分析逆運動學時，考慮其逆運動學相對復雜，因此首先分析吊運物與機器人末端的逆運動學，然后得到機器人末端位置，再分析機器人的逆運動學，從而完成對纜系式緊耦合多機器人吊運系

3、統(tǒng)的逆運動學的分析。
　　研究纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)的靜剛度與動剛度，對于其特性進行了分析與驗證，首先，分析考慮機器人末端變化以及剛度的系統(tǒng)模型，建立了吊運系統(tǒng)的靜剛度模型，并且結合柔索剛度小于機器人剛度的實際情況，得出了柔索剛度對于吊運系統(tǒng)的影響大于機器人剛度的結論。基于空間力平衡方程，建立了包含變機器人末端位置的機器人形變和柔索形變模型。模型不僅考慮了柔索的單向受拉性及柔索具有的自由度特性因素，并且結合機器人剛性形變引起

4、的末端位置變化，建立了吊運系統(tǒng)的剛度模型?；诳臻g幾何位置關系，建立了吊運物位置模型。其次，建立了纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)的動剛度模型，分析吊運系統(tǒng)與其固有頻率之間的相互關系。
　　對于纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)的可行域進行了分析，首先分析機器人末端可行域，構建機器人可行域的模型。其次，對于纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)空間的幾何位置進行了分析，同時對其所受的約束條件進行了分析，建立吊運物的位置坐標方程，在基于剛度的情況下求解

5、纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)的可行域，通過仿真求解得到吊運系統(tǒng)的可行域，并且設立對比實驗，在不同剛度條件下，分析剛度對于可行域的影響，得到了基于剛度的機器人可行域模型，同時為進一步的可行域規(guī)劃提供理論依據(jù)。模型考慮了機器人靜剛度對于吊運系統(tǒng)可行域的影響。通過仿真實驗，得出了考慮靜剛度的纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)的可行域。分析得到的結果，發(fā)生形變后的可行域產(chǎn)生變形，并且豎直方向上形變量最大。最后，分析剛度對于吊運物運動軌跡的影響，得到仿

6、真軌跡。
　　對于建立的纜系式緊耦合多機器人吊運系統(tǒng)的剛度模型進行實驗驗證，首先結合理論需求以及實際情況，考量了實驗方案的可行性與可操作性，確立了實驗的基本方案。其次，對于實驗平臺進行搭建，以及對滿足實驗需求的具體器材進行說明，其具體組成包括上位機、運動控制卡、步進電機驅動器、導軌、電機、負載、位姿測量裝置等。再次，對于實驗的具體數(shù)據(jù)采集進行規(guī)劃，完成了實驗數(shù)據(jù)的采集與理論結果的對比，其中包括靜狀態(tài)下的對比實驗與動狀態(tài)下的對比實驗