具有柔性臂的平面三关节机器人欠驱动控制
柔性欠驱动机器人兼具柔性机器人和欠驱动机器人的特点，适应了当前对机器人高速、低能耗等方面的要求，是机器人发展的必然趋势。本课题使用的是平面3R柔性欠驱动机械臂，使用优化后的柔性梁模型建立系统的动力学方程，并进行了动力学仿真，关节耦合分析等相关动力学特性研究。主要工作如下： （1）为了建立系统精确的动力学方程，本文研究了在复杂的受力情况下，如何选用更适合柔性机械臂的梁模型。将柔性机械臂两端复杂的受力情况具体化为剪力和弯矩边界条件，分别分析了不同边界条件对悬臂梁模态频率和模态振型的影响规律。 （2）通过ANSYS和ADAMS联合仿真，对于柔性机械臂模型进行模态分析，基于ADAMS对模型的模态分析结果，结合边界条件对柔性梁模态的影响规律，选用适合的边界条件以表示柔性臂模态的变化规律。并提出了柔性梁边界条件的迭代计算方法。通过分析二连杆柔性机械臂模态频率仿真分析，验证了迭代计算方法的正确性，为使用假设模态法建立系统动力学方程提供了一个有效的方法。 （3）使用精确度较高的柔性梁模型，通过假设模态法建立平面3R柔性欠驱动机械臂的动力学方程。考虑到电机固定架的刚度远大于机械臂的柔性部分，为了使所建的动力学方程更符合真实情况，和便于仿真验证，因此将柔性机械臂视为刚柔耦合构件。由于动力学方程中含由关节广义变量和模态广义变量，求解较复杂。基于第二类拉格朗日方程的推导，本文提出了一种程序求解动力学矩阵中各项元素的方法。 （4）基于系统的动力学模型，分析了系统自由关节的加速度耦合指数。相比较理想的悬臂梁和简支—自由梁模型，优化后的柔性梁模型能更好地反映自由关节的加速度耦合情况。最后对柔性欠驱动机械臂与刚性欠驱动机械臂进行关节耦合指标分析，揭示了柔性欠驱动机械臂的自由关节包含有更复杂的耦合情况。最终，耦合分析结果反映出对柔性机械臂弹性振动的控制是系统控制的关键，并为整个系统的控制方案的选择了提供了依据。
模态分析;柔性机械臂;动力学耦合;平面三关节;机器人;欠驱动控制
山东理工大学
硕士
机械电子工程
王效岳;宫金良
2017
中文
TP242
70
2018-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）