可重構(gòu)機器人操作柔性負(fù)載動力學(xué)建模及軌跡規(guī)劃研究.pdf

1、在現(xiàn)代制造業(yè)中，機器人得到越來越廣泛的應(yīng)用。隨著制造業(yè)自動化進程的加快，機器人需要有更加靈活的工作方式以及更好的任務(wù)適應(yīng)能力。傳統(tǒng)機器人的構(gòu)型在設(shè)計完成后就已經(jīng)固定，只能被應(yīng)用到其目標(biāo)工作任務(wù)或相近的其他任務(wù)中，靈活性較差。但根據(jù)不同的工作需要去設(shè)計專門的機器人系統(tǒng)，不僅增加了生產(chǎn)成本，而且開發(fā)周期較長，不能滿足工作環(huán)境快速變化的需求。因此為了克服傳統(tǒng)機器人的這些限制條件，可重構(gòu)模塊化機器人應(yīng)運而生，并且被快速應(yīng)用到工業(yè)制造領(lǐng)域中。航空

2、航天、汽車制造等領(lǐng)域中有很多需要機器人去操作柔性材料的場景，在機器人操作柔性負(fù)載的運動過程中，負(fù)載難免會發(fā)生振動，這大大降低了機器人對柔性負(fù)載的操作精度。本文以此為研究背景，開展了可重構(gòu)機器人操作柔性負(fù)載的動力學(xué)建模工作，并在此基礎(chǔ)上進行了機器人軌跡規(guī)劃振動抑制研究。
　　機器人操作柔性負(fù)載是一個非線性、強耦合的復(fù)雜系統(tǒng)，而可重構(gòu)機器人操作柔性負(fù)載建模不僅具有傳統(tǒng)機器人操作柔性負(fù)載系統(tǒng)建模的難點，還需要考慮機器人構(gòu)型變化對模型的影

3、響。本文首先提出了一種層序列數(shù)組并利用它對可重構(gòu)機器人的構(gòu)型進行數(shù)學(xué)描述，結(jié)合指數(shù)積公式實現(xiàn)可重構(gòu)機器人運動學(xué)的自動生成；其次，采用變形旋量和模態(tài)坐標(biāo)相結(jié)合的方式描述柔性負(fù)載的變形，得到負(fù)載上任意一點與其固定坐標(biāo)的變換關(guān)系；最后，通過機器人末端夾具與柔性負(fù)載之間的關(guān)系確定負(fù)載上任意點在參考坐標(biāo)系中的位置和速度。
　　可重構(gòu)機器人操作柔性負(fù)載動力學(xué)建模是研究負(fù)載振動的基礎(chǔ)。本文利用拉格朗日方程建立可重構(gòu)機器人操作柔性負(fù)載系統(tǒng)的動力學(xué)

4、方程。文章首先在運動學(xué)的基礎(chǔ)上研究了機器人系統(tǒng)的動能和勢能，并將其帶入到拉格朗日方程，得到機器人的動力學(xué)模型；其次，對柔性負(fù)載進行分析，求出其在參考坐標(biāo)系中的動能和勢能，并推導(dǎo)出其動力學(xué)方程；最后，利用機器人末端夾具與柔性負(fù)載之間的作用力關(guān)系建立整個系統(tǒng)的動力學(xué)模型。
　　針對機器人在操作柔性負(fù)載運動過程中會產(chǎn)生振動，影響末端操作精度的問題，本文提出了基于粒子群算法的軌跡規(guī)劃方法抑制負(fù)載末端振動。首先建立了負(fù)載振動的模態(tài)坐標(biāo)與機器