收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

少自由度机器人机构一体化建模理论、方法及工程应用

刘海涛  
【摘要】: 本文研究少自由度机器人机构一体化参数建模体系、理论与方法,并以开发航空大型结构件高速数控加工装备为工程背景,将研究成果用于一种新型三坐标并联动力头的设计。全文取得了如下创造性成果: 在一体化参数建模体系架构研究方面,创造性地引入变分的概念,实现了对受约束刚体“许动”和“受限”微小运动在数学描述上的统一,使得在线性空间理论框架下建立不同类型的同维参数模型成为可能。 在一体化参数建模理论研究方面,以Lie代数、螺旋理论和线性空间理论为数学工具,定义了受约束刚体的变分空间、力空间及其子空间,运用虚功原理首次揭示并严格证明了各子空间的内在联系,构造出各子空间基底的流程与算法,并据此提出少自由度机器人机构广义雅可比矩阵的概念与通用建模方法。 在一体化参数建模方法研究方面,以广义雅可比矩阵为核心,提出一套少自由度串联与并联运动链速度、加速度、精度、力/刚度、刚体动力学普适性建模方法,并在以下5个方面形成特色: (1)速度建模。利用广义雅可比矩阵显式格式和坐标变换方法,构造出与系统自由度同维的无量纲速度雅可比矩阵,克服了前人在构造这类矩阵时必须进行大量繁复求导运算的困难。 (2)加速度建模。继承了影响系数法和“Accelerator”法的优点,采用Lie括号运算法则构造出具有显式格式的海塞矩阵,突破了以往方法难于得到这类矩阵显式表达的瓶颈,使其具有更好的可计算性。 (3)误差建模。将矩阵摄动理论与螺旋理论有机结合,首次构造出可将影响末端可补偿与不可补偿位姿精度的几何误差源有效分离的普适性误差模型,为采用适当手段改善系统位姿精度提供了重要的判据。 (4)刚度建模。利用广义雅可比矩阵的结构特征,首次构造出将系统刚度矩阵表示成驱动与约束刚度线性叠加形式的普适性刚度模型,为指导零部件的机械结构详细设计提供了重要的依据。以3-UPSUP并联机构为例,提出一种考虑UP支链弹性的约束刚度矩阵构造方法,为计及动平台弹性变形的并联机构刚度建模提供了有效手段。 (5)刚体动力学建模。借助力螺旋表达格式,使得系统刚体动力学模型更具完备性,并可解算出目前商用软件无法得到的广义约束力。 在工程应用方面,以开发航空大型结构件高速数控加工装备为工程背景,发明了一种具有自主知识产权的新型三坐标并联动力头——A3头。结合工程样机开发,全程演义了其位置、速度、加速度、精度、刚度和刚体动力学一体化建模流程;完成了基于等刚度匹配准则的优化设计、几何误差源灵敏度分析,以及伺服电机参数预估等设计任务,并将研究成果成功地用于首台实物样机的开发。 本文研究成果对丰富和发展机器人机构学设计理论,推进并联机器人技术的工程应用具有重要的理论意义和实用价值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 罗学明;机器人机构学基础[J];机器人;1985年05期
2 王楠;;小型工业机器人的设计状况与前景[J];广西轻工业;2008年03期
3 于殿勇,郑钢铁,孙序梁;蠕动式管内移动机构的一种模型[J];机器人;1994年05期
4 罗杨宇;李金泉;王健美;杨向东;陈恳;;人机合作机器人重力平衡设计[J];机器人;2006年05期
5 周学才,谢存禧;机器人理论关节参数的标定方法及软件设计[J];机器人;1991年04期
6 金万敏;姜剑虹;;机器人系统的KED方程及其求解[J];东南大学学报(自然科学版);1993年02期
7 王中双,陆念力,徐长顺;机器人机构动力学正问题的回转键合图法[J];中国机械工程;2004年12期
8 沈孝芹;于复生;张健;;一种砌砖机器人的结构设计[J];机电产品开发与创新;2007年02期
9 刘达;王田苗;;一种解析和数值相结合的机器人逆解算法[J];北京航空航天大学学报;2007年06期
10 陈安军,黄学玉;双臂机器人机构运动学分析[J];信阳师范学院学报(自然科学版);1995年02期
11 于靖军,毕树生,宗光华,刘继钢;全柔性机器人机构结构动力学分析方法研究[J];机械工程学报;2004年08期
12 杜海涛,褚金奎,渡边克己,郭晓宁;空间七杆机构位置解析与空间六杆机器人机构位置逆解[J];西安理工大学学报;2000年04期
13 龙宇峰,吕江清;机器人结构参数最优公差及关节最佳运动误差[J];机器人;1989年06期
14 徐卫良;;机器人精度的概率优化综合[J];东南大学学报(自然科学版);1989年01期
15 楚中毅;崔晶;孙立宁;孙富春;;双重驱动平面并联机器人的振动控制[J];清华大学学报(自然科学版);2006年01期
16 庞淑娟;倪受东;;五自由度教学机器人的运动学分析及仿真[J];现代制造工程;2007年06期
17 陈安军;马学文;;一类新的冗余度机器人关节运动优化方法[J];机械设计与研究;2007年06期
18 陈安军;马学文;;基于速度方向可操作度的冗余机器人关节轨迹优化[J];机械传动;2008年02期
19 徐祯祥,刘荣,衡进,石龙;面向复杂曲面的爬壁机器人机构及运动学分析[J];北京航空航天大学学报;2005年07期
20 柴辉;李建华;葛文杰;;基于可调齿轮—五杆机构的仿袋鼠跳跃机器人运动步态分析[J];机器人;2009年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李琳;张铁;叶凯麟;谢存禧;;比赛用手动机器人机构的设计与制作[A];第11届粤港机械电子工程技术与应用研讨会论文汇编[C];2010年
2 王明辉;李斌;王楠;;基于虚拟现实的灾难救援机器人实时感知与判定系统研究[A];第九届全国信息获取与处理学术会议论文集Ⅰ[C];2011年
3 马书根;;中国有必要用机器人吗?——多关节机器人的开发[A];信息科学与微电子技术:中国科协第三届青年学术年会论文集[C];1998年
4 方跃法;孙宇;查建中;;机器人奇异位形研究的线几何法[A];第十一届全国机构学年会暨首届青年机构学研讨会论文集[C];1998年
5 李立;张登材;刘朝晖;陈永;;周期信号扰动法应用于机器人机构混沌运动的控制[A];第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集[C];2004年
6 赵奇;李彦涛;张立勋;;助餐机器人控制系统快速原型设计研究[A];第七届全国康复医学工程与康复工程学术研讨会论文集[C];2010年
7 吴江;徐礼钜;;冗余度多重组合八面体机器人的运动学求解[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年
8 刘辛军;汪劲松;米浦波;王立平;;DELTA并联机器人最大内切工作空间的几何求解[A];2001年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2001年
9 张永芳;吕延军;段宝岩;;并联Stewart机器人的自抗扰控制技术及其应用[A];2007'仪表,自动化及先进集成技术大会论文集(二)[C];2007年
10 李瑞琴;赵学镛;;机构设计课程教学的体会[A];第五届全国机械设计及制造专业教学研讨会议论文集(卷1 教学论文)[C];1995年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘海涛;少自由度机器人机构一体化建模理论、方法及工程应用[D];天津大学;2010年
2 王猛;仿青蛙跳跃机器人的研制[D];哈尔滨工业大学;2009年
3 于秀丽;自行车机器人非线性系统的控制及实现[D];北京邮电大学;2010年
4 卜迟武;风机叶片打磨机器人的控制研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 王妹婷;壁面自动清洗机器人关键技术研究[D];上海大学;2010年
6 刘刚峰;面向地下巷道的侦察机器人及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 刘刚峰;面向地下巷道的侦察机器人及其关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
8 钟鸣;移动式微小型自重构机器人系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 钟鸣;移动式微小型自重构机器人系统研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
10 李宪华;服务机器人双臂协作技术研究及实现[D];上海大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 白建军;多功能护理服务机器人的设计与研究[D];南昌大学;2010年
2 邹俊;自行车机器人的建模与仿真[D];北京邮电大学;2011年
3 顾彪;四轮机器人着地模型及控制方法研究[D];天津大学;2010年
4 李海泓;轮履变结构反恐机器人设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 李来锡;A公司服务机器人市场营销策略研究[D];昆明理工大学;2011年
6 程向丽;翻转式炉膛清灰机器人的设计[D];天津大学;2012年
7 王晓;煤矿井下搜救探测机器人可重构运动系统[D];太原理工大学;2012年
8 何文治;下肢康复训练机器人的设计与分析[D];哈尔滨工业大学;2010年
9 郑成闻;基于柔性双足信息的助力机器人行走控制方法研究[D];中国科学技术大学;2011年
10 白占欣;六自由度独轮机器人本体研制及动力学控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前6条
1 ;给机器人插上理想[N];徐州日报;2006年
2 记者 杨柳纯;边建院边研发催生一批科研成果[N];深圳特区报;2006年
3 本报记者 杨柳纯通讯员 覃善萍;深圳“源头创新”主力军展雄姿[N];深圳特区报;2007年
4 郑东鸿 于海;机器人 工业生产的“生力军”[N];国际经贸消息;2002年
5 记者 胡斌;哈工大机器人“走”出实验室[N];人民日报海外版;2000年
6 ;机械科学家、教育家张启先院士逝世[N];光明日报;2002年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978