大跨度吊装机器人绳索张力及工作空间求解

针对大跨度吊装机器人的绳索存在悬链线效应的问题开展研究。首先,绳索为直线模型,建立机器人的运动学和动力学模型。其次,绳索存在重力,大跨度绳索为悬链线模型,为了求解悬链线模型中的绳索张力,采用二次规划方法求解绳索张力优化解。在静力学方程基础上,求得吊装机器人的力可达工作空间和力封闭工作空间。最后,通过MATLAB进行仿真验证,仿真结果表明,力可达工作空间小于力封闭工作空间。比较两种模型的绳长,第1根绳索的长度变化最大,绳索张力较小时,绳索自重不容忽略。     

绳牵引并联机器人悬链线优化解算方法

针对大跨度绳牵引并联机器人难以建立精确动力学模型的问题,该文提出一种绳索非线性悬链线模型降维优化解算方法.该方法首先通过柔索微分单元和积分法推导绳索悬链线模型的差分方程并确定其边界条件;根据系数矩阵行列式为零的方法对悬链线模型的超越方程进行降维;进一步通过换元法和Taylor展开方法求出悬链线模型的解析解;接着基于Ne...     

绳驱动并联吊装机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用于吊装领域,对运动学正解模型和绳索张力优化算法进行深入研究。首先,确定该吊装机器人为冗余约束绳驱动并联机器人,建立机器人的运动学和动力学模型。其次,针对冗余约束绳驱动并联机器人的绳索张力不唯一、不连续问题,分别运用张紧力方法、非线性规划方法和改进二次规划方法对绳索张力进行优化,确定出最佳的张力优化算法。在此基础上,进一步求得此类型绳驱动并联机器人的工作空间。最后,通过MATLAB进行仿真验证。仿真结果表明,相比于另外两种方法,采用改进二次规划方法求解的绳索张力优化解在张力上限和张力下限之间光滑连续变化,说明改进二次规划方法求解绳索张力的合理性和连续性。     

绳驱动并联清洗机器人绳索张力优化

将绳驱动并联机器人应用至外墙清洗领域,并对清洗机器人的动力学建模及张力优化进行深入研究。首先,确定机器人的构型为完全约束绳驱动并联机器人,并建立了考虑绳索弹性的动力学模型;其次,针对该类型绳驱动并联机器人绳张力解不唯一问题,提出将相关力改进的最小方差作为优化目标对绳索张力进行优化。最后,通过Simulink-Adams进行联合仿真验证。结果表明,优化后的绳索张力光滑连续变化。系统开环的情况下,圆形轨迹最大误差均值为0.071 m,终点误差均值为5.15 mm;直线轨迹最大误差均值为9.25 mm,终点误差均值为3.5 mm。解决了完全约束绳驱动并联机器人绳索张力不唯一、不连续问题,并为控制策略研究提供理论依据。     

1R2T绳索牵引骨盆康复机器人动力学

运用影响系数方法对1R2T绳索牵引骨盆康复机器人的运动学进行了分析,得出骨盆运动与绳索运动的映射关系,通过Matlab对骨盆步态中期望轨迹进行仿真,得到各根绳索加速度变化曲线;基于机器人力螺旋平衡方程,并利用牛顿欧拉法和达朗伯原理建立了机器人动力学模型.运用仿真方法对机器人逆动力学特性进行分析,得出绳索最小拉力阈值的设置对各根绳索拉力变化规律具有影响的结论.运用Matlab和Adams建立了机器人动力学模型,分别对是否考虑绳索刚度两种不同情况进行了联合仿真,结果证明所建模型的正确性,同时得出绳索最小拉力阈值和绳索刚度对系统运动性能的影响规律.     

基于悬链线元的索穹顶形状精确确定方法

针对目前索穹顶结构研究中其形状确定方面所存在的不足,提出了基于悬链线元逆迭代的精确修正技术,可以精确求得预张力;使其能在考虑索杆自重的情况下,在给定的初始几何位置上严格平衡.由于刚度矩阵形成和已知索的预张力情况求解索原长是运用悬链线元进行结构分析时需要解决的两个先决问题,首先根据目前文献中处理这两个问题的不足,提出了具有大范围收敛性的刚度迭代技术和不需迭代的索原长高精度求解方法;在此基础上引进逆迭代方法,建立了基于悬链线元的逆迭代形状精确确定方法.最后编制程序对算例进行验证,结果表明这一方法精度极高,且收敛速度快,收敛性好.     

空间绳牵引并联机器人多目标优化设计

以6自由度空间绳牵引并联机器人工作空间体积、最小索力和全局灵巧度为优化目标,在保证绳索张力范围的前提下建立了多目标优化的数学优化模型.采用神经网络-遗传算法求得优化的3组满意解,并采用灰色聚类法选择多目标优化时的权重系数.仿真结果表明该优化方法可以有效地实现结构的优化,为同类绳牵引并联机器人的设计提供了有益的参考.     

3-PRS并联机器人的力学分析

对3-PRS并联机器人的力学求解进行了研究.首先针对并联机器人中的多个被动关节是影响其刚度和精度的主要原因,进行了3-PRS并联机器人的被动R、S关节的静力学求解,以作为设计高刚度的被动关节的依据;然后基于Lagrange方法及3-PRS并联机器人的一、二阶影响系数,建立该机构的动力学模型,并进行了动力学逆解计算仿真.结果表明了该模型的正确性.     

仿生柔性并联机器人的逆运动学与优化设计

提出一种绳索驱动的柔性仿人头颈并联机器人,其基座和动平台由3根绳索和1个压缩弹簧连接.采用压缩弹簧模拟人的颈椎作为并联机器人的支撑脊柱,以绳索模拟人颈部肌肉对机器人进行驱动控制.将作用在动平台上的外力等效为动平台中心的矢量力和力矩,基于力和力矩平衡条件,结合压缩弹簧侧向弯曲方程,解得机器人的逆运动学模型.为了使绳索驱动力最小,以绳子拉力的最小平均值和最小-最大值为优化目标,基于非线性最优化拟牛顿算法对绳索在基座及动平台上端点位置进行了优化设计.仿真结果验证了并联机构逆运动学模型和优化方法的正确性和可行性.     

一种新型大过载飞行模拟器运动仿真分析

提出一种新型的基于绳牵引并联机器人技术的飞行模拟器,针对其大过载机动特性进行仿真分析。首先根据绳牵引并联机器人理论,设计了9根绳牵引具有6自由度的运动平台;通过建立平台动力学模型,设计了对干扰项进行补偿的前馈PD控制率;其中前馈项主要确保动态过程中绳索处于张紧状态。进一步给出了系统控制稳定性分析;并以大过载机动和单自由度俯仰振荡运动为例进行了数值仿真。分析结果表明,在大过载机动情况,瞬时正加速度超过4 g,平台位置能够迅速衰减并稳定;基于绳拉力前馈,可以避免绳索松弛,能够满足飞行员过载训练;俯仰运动也具有较好的跟踪特性。研究成果可为进一步分析工作空间、动态特性及控制稳定性等奠定基础,为绳牵引并联支撑的飞行模拟器设计提供指导与依据。     

平面完全约束绳牵引并联机器人的多目标优化

针对平面完全约束的绳牵引并联机器人的多目标优化问题,给出了一种理想点法与遗传算法相结合的方法.首先以绳牵引并联机器人工作空间面积、全面刚度指标、全局灵巧度系数为优化目标,基于遗传算法进行全局优化,得到各个目标的理想点.然后采用理想点法建立多目标优化模型,并采用遗传算法对该模型进行求解.仿真实验表明,优化结果较为均衡,各模型有效解都接近相应单目标的理想点.所得结论可以为同类绳牵引并联机器人的设计提供参考.     

射电望远镜馈源支撑系统索力特性研究

在新一代大型射电望远镜的机构设计中,馈源定位系统采用刚柔混联机构,利用6绳索柔性并联机构牵引馈源舱实现5个自由度的运动,以满足馈源位置和跟踪角度要求．针对40m缩尺模型,基于混联机构中绳索并联机构姿态角度可优化的特点,文中对馈源刚柔混联机构中的绳索并联机构索力特性进行研究与优化．通过采用T＆T（Tilt—and—Torsion）角的坐标转换方式建立机构运动学模型,直接辨识出绳索并联机构在任意位置下的俯仰角度,基于绳索自重引起的悬链线方程建立力平衡方程,以拉力连续平稳及避免虚牵为目标,提出刚柔混联系统中绳索并联机构的一种拉力特性分析及优化解算方法．以两条典型轨迹为例证明了该算法的可行性,其中一条轨迹上的索力最大变化率通过优化降低达90％,使索力平稳光滑．文中采用的索力优化算法可以有效降低索力变化率,平稳索力,降低电机功率,避免虚牵和提高控制精度．     

基于ADAMS的绳牵引并联支撑系统动力学建模

为了实现对低速风洞强迫振荡试验绳牵引并联支撑系统的精确控制,需要建立精确的动力学模型,分析系统的振动特性,避免共振.首先,提出适合低速风洞绳牵引并联支撑系统的线性弹簧理论,应用动力学分析软件 ADAMS搭建动力学三维模型;其次,通过对系统进行振动分析,得到系统固有频率满足强迫振荡试验要求的弹簧参数;然后,对系统进行受迫振动分析,结果表明系统符合振动规律,验证了系统建模的正确性;最后,将每根绳索离散为10段线性单元,并对系统进行模态分析,发现离散前后系统的固有频率值相近似,且满足强迫振荡试验要求,说明采用线性弹簧理论建立绳索动力学模型是可行的,为了简化建模,无需将绳索离散化.     

含闭链异构双腿行走机器人动力学建模与求解

建立了简化的9连杆异构双腿行走机器人模型并给出了机构中存在的封闭链约束方程.采用带约束的多体系统拉格朗日方程建立了系统的动力学模型.对约束求导,给微分-代数混合的动力学方程添加扩展方程,采用预估-校正数值积分方法进行求解.将数值解对约束的不满足作为反馈,给出误差反馈控制方法,来减小数值积分带来的误差,保证算法收敛.针对仿生腿侧进行了动力学仿真计算,比较了带和不带误差反馈数值积分算法解对约束的满足程度以及正逆解的一致性程度.仿真表明建模方法可行且误差反馈控制数值积分可减小数值积分误差,防止误差积累.     

多成分悬链线锚泊系统的静力特性分析

在经典悬链线理论基础上,给出N成分悬链线串联重块(和/或浮筒)(数量小于N个)锚泊系统的静力学方程,并应用分段外推数值方法进行静力特性分析,进而得到锚泊线几何形状和张力分布曲线.该方程可以大大方便多成分悬链线锚泊系统稳定状态的计算,为多成分组合式锚泊系统的动力学分析打下一定基础,并可用于海洋工程模拟器中锚泊系统的稳态计算.     

大型造船门式绳牵引并联起重机器人的机构设计与运动学位置逆解分析

针对大型造船门式起重机存在的翻身作业不灵活、机械结构复杂等缺陷,将3根绳牵引的欠约束绳牵引并联机器人技术引入到对大型造船门式起重机的改造中,提出大型造船门式绳牵引并联起重机器人的概念.参照现有大型造船门式起重机的基本参数,按照1∶50的比例,对该机器人的机构参数进行配置,详细分析其广义运动学位置逆解问题并给出计算方法实例仿真表明,该机器人能实现6自由度的吊运任务.     

欠约束绳牵引并联支撑系统运动学分析与鲁棒控制

欠约束绳牵引并联机器人可以为风洞受迫/自由动态试验提供一种新的支撑方式.该文针对多输入、多输出、具有不确定性的欠约束绳牵引并联支撑系统,研究其运动特性并提出一种基于非线性干扰观测器的计算力矩控制方法.首先,针对欠约束系统几何静力耦合问题,采用自适应粒子群算法对运动学进行求解与分析,确定初始平衡状态.其次,采用计算力矩控...     

基于轨迹约束的码垛机器人动力学分析及控制

针对码垛机器人动力学分析及控制问题,文章提出了一种基于轨迹约束的动力学建模和求解新方法,在求解的过程中避免了引入拉格朗日乘子等额外参数。将码垛机器人结构简化为平面闭链四连杆机构,建立平面二自由度无约束动力学模型,再以码垛机器人的目标轨迹作为系统约束,得到系统的约束动力学方程,该约束力即驱动机器人完成目标轨迹的驱动力,从而实现了机器人基于轨迹的动力学控制。通过Matlab仿真分析证明了该方法用于码垛机器人动力学分析与控制的有效性。     

基于螺旋理论三自由度并联机器人型综合新方法

并联机器人的构型设计即型综合是并联机器人设计的首要环节,基于螺旋理论,从并联机构运动链分类的角度,提出用约束添加法对三自由度并联机构进行型综合,让主动链控制所需的自由度,而从动链约束不需要的自由度;提出了相应主动链和从动链各种类型,并对约束链作了较详细的分类,通过不同组合可得到不同性能的新构型.最后通过实例进一步阐明这一方法.该方法使型综合步骤更简洁,只要选择与自由度数相同个数的主动链,并合理选择约束链就可以组合出新的并联机器人.     

绳驱动并联打磨机构模糊控制策略

船舶坞修作为维护和修复船舶结构的关键环节,在船舶行业中扮演着重要的角色。然而,目前船舶坞修时表面打磨过程依赖于传统的人工作业,存在着效率低、工时长、危险性高等问题。为此,提出了一种新型绳驱动式打磨机构,该机构采用四根绳索驱动打磨装置实现三自由度的运动。首先,通过拉格朗日法建立系统的动力学模型;然后在动力学模型的基础上提出了一种带有绳索张力优化项的Fuzzy-PID(proportional integral derivative)控制策略,该控制策略可以实现精确的轨迹跟踪并保证绳索处于张紧状态;最后,通过数值仿真验证所提控制策略的有效性。结果表明,和绳牵引并联机器人上常用的PID控制相比,所提控制策略控制精度提高25%,具有较高的控制精度和稳定性。本文提出的绳驱动式打磨机构及其控制策略可为大型结构件表面处理和精密制造等应用提供一定理论支持。