可調機構和工業(yè)機器人的分析、綜合與仿真.pdf

1、可調機構是現(xiàn)代機構學理論、傳感器技術、微電子學、現(xiàn)代控制理論、計算機和信息科學以及人工智能技術等多種學科相互交叉融合的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)機構相比，可調機構具有一定的柔性且可靠性高、精確度好、容易制造和維修、能量消耗少等特性，這些特性使得可調機構具有廣闊的應用前景。 本文以可調球面三自由度并聯(lián)機構、平面五桿機構、平面七桿機構以及帶局部閉鏈五自由度工業(yè)機器人為研究對象，應用Groebner基、遺傳算法、并行計算等方法，在位置分析、軌跡綜合

2、、動力學解析建模等方面進行了較為深入研究。 基于Groebner基法和計算機符號處理技術對可調球面三自由度并聯(lián)機構的位置分析進行符號求解。通過對變量排序、建立多項式對的集合、求SP多項式和約簡等運算，將非線性方程組化簡為等價的三角化方程組，得到封閉形式的解析解。在此基礎上，研究調節(jié)構件幾何參數(shù)對歐拉角變化的影響規(guī)律，并應用Pro/E軟件建立機構動態(tài)仿真模型，進行運動學和動力學仿真分析。 針對可調平面五桿機構多任務軌跡綜合

3、問題，提出一種基于遺傳算法的機構優(yōu)化綜合方法。以機構實際實現(xiàn)軌跡與給定軌跡之間的位置誤差最小為目標函數(shù)，建立可調五桿機構的多任務優(yōu)化模型，并采用遺傳算法進行優(yōu)化，得到全局最優(yōu)解。在進行變異操作時，采用根據(jù)個體適應度自適應性調節(jié)變異率和變異量的方法，有效提高了進化速度和求解精度。 提出基于并行計算建立可調平面七桿機構動力學解析模型的方法，并研究桿長和慣性參數(shù)的變化對驅動力/矩的影響。通過將機構折解為單個構件，并分別建立針對單個構件

4、的子動力學模型，計算相應的驅動力/矩，然后疊加得到機構總的驅動力/矩。并根據(jù)其計算特點，構造動力學解析模型的并行算法。由于動力學模型是離線建立的，并采用并行算法，從而大大減少了在線計算量，為機構的實時控制打下了良好基礎。提出基于并行計算建立帶局部閉鏈的五自由度工業(yè)機器人動力學解析模型的方法。設想將閉式鏈的某一非主動關節(jié)的運動副拆開，其運動關系用約束方程來代替，形成帶有附加約束的等效系統(tǒng)，然后基于Kane動力學方程，導出顯式形式的動力學方