柔性機器人協調操作系統動力特性及其優(yōu)化設計.pdf

1、柔性機器人協調操作系統具有能耗低、驅動裝置小、操作速度高、承載能力大、可靠性高等優(yōu)點,在軍事、宇航、醫(yī)學等領域中的應用有著顯著的優(yōu)勢,因而成為機器人研究和應用領域的前沿課題.目前對于柔性機器人協調操作系統的研究主要集中于系統的動力學建模、運動規(guī)劃等方面,對于動力特性和最優(yōu)化設計卻很少涉及.柔性機器人協調操作系統的設計參數決定了系統的動力性能,因此,研究其動力特性對于系統動力性能的優(yōu)化和高性能系統的設計都有著重要的意義.該文研究了柔性機器

2、人協調操作系統的動力特性,并利用其動力特性對系統進行了優(yōu)化設計.首先,建立了柔性機器人協調操作系統的動力學模型.對基于Langrange方程和有限元法建立的兩平面3R柔性機器人協調操作零自由度剛性負載的動力學模型進行了詳細的推導,并進一步對其操作精度、關節(jié)驅動力矩和最大應力進行仿真分析.然后,深入分析了柔性機器人協調操作系統的動力特性.柔性機器人協調操作系統參數決定了系統的質量矩陣和剛度矩陣,從而決定了系統的動力性能,因而系統參數和其動

3、力特性之間存在著內在的聯系.該文通過對單元動力學方程進行理論推導,得到了單元參數和單元固有頻率之間的變化規(guī)律,并且通過數值仿真分析了系統的截面參數、結構參數和材料參數對系統固有頻率、動力性能的影響.最后,對柔性機器人協調操作系統進行了最優(yōu)化設計.根據系統參數和系統動力特性之間的內在聯系,利用非線性規(guī)劃法,進行了柔性機器人協調操作系統的結構最優(yōu)化設計和截面最優(yōu)化設計,同時進一步進行材料的選擇,從而求出最小重量解.對優(yōu)化前后的系統進行比較,