收藏本站
收藏 | 论文排版

轮式移动机械臂倾覆与滑移问题研究

宋韬  
【摘要】:近年来,轮式移动机械臂的研究得到了国际上的广泛关注。统计结果表明:在未来的几年中,工厂及家庭中超过三分之二的工作任务可由自主移动工业机械臂来实现。移动机械臂不仅能够有效克服固定式机械臂工作范围有限、灵活度不高等缺点,还具备固定式机械臂与移动机器人二者的优点。然而,机械臂与移动平台结合制成移动机械臂却产生了这两个领域均没有充分研究的新课题,即:机械臂作用于移动平台的力/力矩给系统带来的倾覆与滑移问题,其直接关系到系统及环境乃至人员的安全、系统对环境的适应能力、系统的稳定性及系统的工作效率等。本文对机械臂的运动学、动力学、机械臂作用于移动平台的力/力矩、不同动力学因素下轮式移动机械臂的倾覆规律、轮式移动机械臂的设计参数优化、轮式移动机械臂滑移等关键问题展开深入研究。具体的研究内容如下:第一,在运动学建模的基础上使用牛顿—欧拉方法对机械臂进行动力学建模,重点关注机械臂关节1上约束力/力矩。详细分析静态、静态且受力、动态三种情况下机械臂作用于移动平台的力/力矩的组成,并使用ADAMS软件验证了动力学建模与计算的正确性。第二,对倾覆稳定性判据进行研究。从系统倾覆根源出发,提出一种新的倾覆稳定性判据——倾覆力矩(Tip-Over Moment,TOM)。对该判据与ZMP判据对比研究以验证其正确性,结果同时显示出TOM判据的优越性。分别研究静态、静态且受力、关节角速度、关节角加速度四种情况下轮式移动机械臂系统的倾覆规律。静态情况表明倾覆与系统重心的水平位置有关;静态且受力情况表明倾覆与杆件构型(关节角组合)有关;关节角速度与关节角加速度情况表明倾覆同时受到机械臂向心力、陀螺力矩及惯性力的影响。在此基础上,以无倾覆为约束条件对轮式移动机械臂打铆路径进行轨迹规划,规划结果既能够保证系统不倾覆又能够实现整体运行时间最短。第三,为提升系统的抗倾覆能力,对轮式移动机械臂的设计参数进行优化。该优化可归结为极大极小值问题。即:在整个工作空间上最大化稳定区域比(SRR)的同时最小化倾覆力矩(TOM)。第一步,分别研究移动平台的支撑轮数量、移动平台尺寸与质量对系统倾覆稳定性的影响。第二步,分别以最大倾覆裕度和最大|dM|值为目标使用遗传算法对机械臂和附件的安装位置进行组合优化,并根据优化结果设计轮式移动机械臂系统。第四,就机械臂作用于移动平台的力/力矩引起的滑移问题进行研究。对系统滑移进行建模、分析与计算,分别研究轮式移动机械臂在铆接时刻、移动时刻的滑移问题;以无滑移为约束条件对轮式移动机械臂打铆路径进行轨迹规划,规划结果既能够保证系统不滑移又能够实现整体运行时间最短。本文对机械臂的动力学及轮式移动机械臂的倾覆与滑移问题展开了深入而细致的研究。通过与动力学仿真软件及其他学者的研究成果进行对比验证了本文所提出方法的正确性及优越性。研究成果可用于轮式移动机械臂的设计、控制及优化。本研究有助于提升轮式移动机械臂的安全性及工作性能,是轮式移动机械臂研究过程中不可或缺的一环。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 段世成;;基于三轴陀螺仪的采摘机械臂动力学数据采集系统[J];农机化研究;2022年08期
2 苏霄;;重载机械臂控制系统设计与研究[J];制造技术与机床;2021年12期
3 夏慧强;李想;;机械臂弧焊修复的建模与工艺研究[J];电子世界;2020年22期
4 李鹤宇;林廷宇;曾贲;施国强;;基于强化学习的空间机械臂控制方法[J];航天控制;2020年06期
5 吴青考;李庆党;李超;;盾构机换刀重载机械臂结构设计与动力学分析[J];机械设计与制造工程;2020年12期
6 韩帅;刘满禄;王基生;张静;;基于正交实验机械臂定位误差影响因素研究[J];控制工程;2020年12期
7 张峤;刘冬雨;罗超;郑昊;吴冰;李喆;;载人航天器仿人型机械臂系统发射过程抑振特性试验研究[J];航天器环境工程;2021年01期
8 周利杰;刘辉;高波;郝瑞林;石岩;;大型机械设备螺栓拆装辅助机械臂设计[J];河北水利电力学院学报;2021年01期
9 本刊编辑部;;机械臂控制中不同层时变问题求解的神经动力学研究[J];信阳师范学院学报(自然科学版);2021年02期
10 王涛;刘思邦;张广磊;刘奎立;;工业机械臂虚拟仿真“金课”的改革与探索[J];周口师范学院学报;2020年05期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 罗强;盖文;肖厚元;兰其龙;张雪锋;张可;;机械臂控制系统一体化设计与验证技术研究[A];2021年中国航空工业技术装备工程协会年会论文集[C];2021年
2 刘利钊;毛齐文;韩哨兵;;基于深度强化学习的机械臂抓取方法研究与应用[A];第32届中国过程控制会议(CPCC2021)论文集[C];2021年
3 薛好斌;黄杰;;柔性水下机械臂的柔液耦合振动及控制[A];第十四届全国振动理论及应用学术会议(NVTA2021)摘要集[C];2021年
4 沈伟清;王本亮;史东华;;基于几何力学的7自由度冗余机械臂的规划算法[A];第十二届多体动力学与控制暨第七届航天动力学与控制和第十五届全国分析力学联合学术会议会议论文摘要集[C];2021年
5 郑旭东;王天舒;梁斌;王琪;;连续型空间机械臂绳索联动机构高效动力学建模和仿真方法[A];第十二届多体动力学与控制暨第七届航天动力学与控制和第十五届全国分析力学联合学术会议会议论文摘要集[C];2021年
6 于铭慧;章定国;郭晛;黎亮;;基于深度学习的多杆链式机械臂控制研究[A];第十二届多体动力学与控制暨第七届航天动力学与控制和第十五届全国分析力学联合学术会议会议论文摘要集[C];2021年
7 罗启明;胡权;陈宇岑;;空间多机械臂-绳系复合机构动力学建模与仿真[A];第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议(NVND2021)摘要集[C];2021年
8 郭丁旭;张舒;徐鉴;;并联机械臂的数据驱动建模及自适应控制[A];第十八届全国非线性振动暨第十五届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议(NVND2021)摘要集[C];2021年
9 朱博迪;崔逸群;邓楠轶;毕玉冰;王文庆;刘超飞;;面向配电变压器检测的机械臂控制与自动接线系统开发[A];2021中国自动化大会论文集[C];2021年
10 林润泽;朱雄卓;戴清阳;冯毅萍;;数字孪生驱动的机械臂建模、控制与监测集成系统[A];第31届中国过程控制会议(CPCC 2020)摘要集[C];2020年
11 陈奎烨;史旭华;;基于集成学习的机械臂抓取方法研究[A];第31届中国过程控制会议(CPCC 2020)摘要集[C];2020年
12 张戟;王建昌;吕相杰;;智能环卫车机械臂系统控制与仿真[A];2020中国自动化大会(CAC2020)论文集[C];2020年
13 王津红;康梦慧;;机械臂建造——自由曲面的工业化探索[A];智筑未来——2021年全国建筑院系建筑数字技术教学与研究学术研讨会论文集[C];2021年
14 王钰林;朱瑞冉;;展亭建造中机械臂层叠式3D打印方式的研究[A];智筑未来——2021年全国建筑院系建筑数字技术教学与研究学术研讨会论文集[C];2021年
15 姚红;任元;王卫杰;;三连杆机械臂动力学与控制仿真[A];第21届中国系统仿真技术及其应用学术年会论文集(CCSSTA21st 2020)[C];2020年
16 王相程;张家瑞;刘婉莹;;基于光敏电阻的机械臂惯性测量研究[A];第十七届沈阳科学学术年会论文集[C];2020年
17 李正;杨帆;刘晓源;;机动卫星机械臂任务可规划平台设计[A];2018软件定义卫星高峰论坛会议摘要集[C];2018年
18 董永飞;蔡志勤;邱小璐;;水下机械臂动力学分析与滑模控制[A];第十届全国多体动力学与控制暨第五届全国航天动力学与控制学术会议论文摘要集[C];2017年
19 陈书通;王永滨;王磊;徐城方;;空间充气式机械臂技术研究[A];第二届可展开空间结构学术会议摘要集[C];2016年
20 赵杰亮;阎绍泽;;热辐射作用下的空间机械臂动力学特性分析[A];北京力学会第二十二届学术年会会议论文集[C];2016年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 宋韬;轮式移动机械臂倾覆与滑移问题研究[D];上海大学;2016年
2 杨国财;空间机械臂捕获失效翻滚目标的控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2021年
3 李岩;可重构机械臂的快速指数稳定性分析与最优控制方法研究[D];长春工业大学;2020年
4 蒋素荣;绳驱动机械臂解耦方法与鲁棒控制研究[D];南京航空航天大学;2018年
5 魏之暄;面向可推挤障碍物的机械臂运动规划[D];上海交通大学;2017年
6 李响;斜齿行星轮系非线性因素对机械臂与天线机构动力学影响分析[D];哈尔滨工业大学;2018年
7 何俊培;新型超冗余空间机械臂的关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2020年
8 夏齐;基于变焦距视觉的空间机械臂在轨位姿测量方法研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
9 徐凡;多种未知环境下机械臂协调夹持的轨迹跟踪控制若干方法研究[D];浙江大学;2017年
10 孙玉香;用于空间机械臂的力/力矩传感器关键技术研究[D];中国科学技术大学;2018年
11 邹添;空间机械臂传感系统及关节振动抑制研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
12 乔冠宇;空间机械臂轨迹跟踪、测试及柔性力控制研究[D];中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所);2018年
13 师恒;六自由度机械臂系统设计及其关键技术研究[D];中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所);2017年
14 王亚午;一类平面多连杆欠驱动机械臂的运动控制[D];中国地质大学;2018年
15 王鹏飞;托卡马克类超冗余机械臂结构综合及入腔运动规划[D];上海交通大学;2017年
16 王仕卫;面向在轨服务的空间机械臂自标定方法研究[D];北京邮电大学;2019年
17 王志甄;自动龙门洗消系统设计及其预测控制方法研究[D];军事科学院;2019年
18 张龙;空间机械臂在轨捕获碰撞动力学及控制研究[D];北京邮电大学;2017年
19 杜艳丽;可重构机械臂分散控制及主动容错控制方法研究[D];吉林大学;2014年
20 王琨;提高串联机械臂运动精度的关键技术研究[D];中国科学技术大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 房国栋;双机械臂智能分拣系统[D];青岛大学;2021年
2 张道富;多机械臂协作系统构建及应用[D];东南大学;2020年
3 张琪;基于数字孪生的工程机械臂装配建模与仿真[D];长安大学;2021年
4 王东;移动机械臂柔性抓取示教方法研究[D];广东工业大学;2021年
5 欧阳鑫;基于双机械臂的运动协调与控制仿真研究[D];南昌大学;2021年
6 陈建国;绳驱动机械臂的结构设计与分析[D];浙江理工大学;2021年
7 林能旭;气动连续体机械臂研制与控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2021年
8 豆衍玮;基于人机共享控制的移动机械臂系统设计[D];中国矿业大学;2021年
9 邓呈琳;任务空间中的多机械臂协同控制[D];哈尔滨工业大学;2021年
10 李凡琦;光伏板清洗车的六自由度机械臂设计及控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2019年
11 王雪岩;磁驱动折纸机械臂的设计与运动控制研究[D];哈尔滨工业大学;2020年
12 唐智浩;空间机械臂动力学预测与控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2021年
13 舒思豪;轮式移动机械臂动力学分析与轨迹规划研究[D];重庆邮电大学;2021年
14 贺佳林;水下机械臂控制算法关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2021年
15 赵梓含;仿人形冗余机械臂设计与控制研究[D];北京化工大学;2021年
16 王兆权;基于移动机械臂的路锥自动取放系统研究[D];福州大学;2019年
17 徐雪南;蛇形机械臂结构设计与控制研究[D];北京化工大学;2021年
18 耿浩;面向狭小空间作业的绳驱超冗余机械臂结构设计与研究[D];沈阳工业大学;2021年
19 周凡;非结构化环境视觉感知及双机械臂安全协作方法[D];上海交通大学;2020年
20 方晓猛;基于神经网络算法的多机械臂协同控制技术研究[D];上海交通大学;2020年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 记者 牛婧文;518所:多项创新为空间站机械臂“添砖加瓦”[N];滨城时报;2021年
2 本报记者 张航 通讯员 张宇 时小丹;成功出舱,机械臂助航天员“一臂之力”[N];北京日报;2021年
3 本报记者 张亚雄 本报通讯员 庞丹;空间站核心舱机械臂再显神威[N];光明日报;2021年
4 记者 李哲 通讯员 董玥欣;脑电波操作机械臂写科技“福”[N];健康报;2021年
5 记者 胡喆;成功出舱,空间站机械臂助航天员“一臂之力”[N];新华每日电讯;2021年
6 本报记者 舒抒;用算法把机械臂“培训”成“服务员”[N];解放日报;2020年
7 本报记者 赵磊;工业机械臂在这里腾挪闪转[N];宁夏日报;2020年
8 记者 张梦然;“第三只手”机械臂可用眼神和口令指挥[N];科技日报;2019年
9 记者 刘海英;深度学习机械臂能模拟自己建模[N];科技日报;2019年
10 胡林 中国青年报·中青在线记者 雷宇;武汉两名95后女大学生变成“机器人保育员”[N];中国青年报;2018年
11 本报记者 贺骏;猎豹移动发布五款机器人 机械臂调制咖啡或成“豹”款[N];证券日报;2018年
12 南方日报记者 黄叙浩 邵一弘 李卓 彭奕菲;看机械臂打鼓 品海丝文化佳肴[N];南方日报;2018年
13 见习记者 王闲乐 通讯员 邱志涛;控制机械臂 手术如绣花[N];解放日报;2017年
14 本报记者 唐婷;这个“左撇子”机器人会画画[N];科技日报;2017年
15 本报首席记者 张锐鑫 通讯员 宋明丽 窦芳超;探访中航光电“机器人大工匠”[N];洛阳日报;2017年
16 陈宜勇 丁悦;古城煤矿用上回撤“机器人”[N];中国矿业报;2017年
17 经济日报·中国经济网记者 佘颖;最强拣货员是个机器人[N];经济日报;2017年
18 IT时报记者 吴雨欣;《我是未来》这些黑科技 服[N];IT时报;2017年
19 本报记者 高博;一年没见,机器人长本事了[N];科技日报;2017年
20 北京商报记者 吴文治 陈韵哲;阿里京东无人仓竞赛“互秀肌肉”[N];北京商报;2017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