绳牵引门式起重机器人动力学建模与分析

由于传统的造船门式起重机难以控制吊具姿态,因此涉及空中翻身等复杂动作的精准组装作业成为难点。为提高船舶建造效率、减少建造周期,将绳牵引并联机器人应用至门式起重机吊装领域,并开发了一种新型绳牵引起重机器人。首先,通过矢量封闭理论对绳牵引起重机器人的运动学位置逆解进行分析,拟定吊具的运动轨迹,分析绳长的变化情况。其次,基于牛顿-欧拉法建立了绳牵引起重机器人的动力学模型,并采用绳索张力分布算法对绳索张力进行了优化。再次,通过MATLAB和ADAMS进行联合仿真。仿真结果表明优化后的绳索张力光滑连续变化;在系统为开环的情况下,环形轨迹下绳长变化最大误差均值为46mm;螺旋线轨迹下绳长变化最大误差均值为27mm;往复运动轨迹误差比例均值为0.55%。最后,搭建了实验样机,实验条件下绳索张力误差比例在22%以内,验证了建立的动力学模型的准确性,为控制策略设计及样机开发提供了理论基础。