王瑞茂[1]2003年在《柔性机器人协调操作系统运动规划研究》文中提出机器人学是一门涉及到电子学，计算机科学，控制理论，传感技术，机械工程，仿生学，人工智能等方面的交叉学科。柔性机器人协调操作是机器人研究领域的前沿课题之一，由于难度较大，目前国内外在此方面的研究成果还十分有限。到目前为止，这些研究主要是针对动力学建模和仿真的，关于柔性机器人协调操作系统运动规划的研究还很少。本文在这方面进行了初步探索。首先，对柔性机器人协调操作进行了点到点的运动规划。对机器人关节运动补偿原理进行了阐述，提出了对机器人关节进行运动补偿来提高被操作物体在轨迹末端点的定位精度的规划方法。根据被修正关节的个数，把它分为六种规划情况，对每种情况都进行了数值仿真，并分析了每种情况所得的结果。其次，对柔性机器人协调操作进行了连续轨迹的运动规划。根据连续轨迹的协调操作运动规划的特点，提出了叁种不同的方法进行运动规划，即：第一种是把运动时间划分为四段进行运动规划，第二种是考虑到段与段之间的运动平稳性，在段与段之间用叁次函数进行过渡，第叁种是为了使机器人运动更加平稳和运动规划更加简单，把运动时间划分为叁段，并在段与段之间用五次函数进行过渡，每种方法都是对前一种方法逐步改进。多种数值计算结果说明了各种方法的优缺点，最终总结出了理想的规划方案
王瑞茂, 余跃庆[2]2004年在《柔性机器人协调操作系统运动补偿规划法》文中提出提出了利用对柔性机器人关节进行运动补偿来减少协调操作系统运动误差的方法 ,并给出了两个平面 3R柔性机器人协调操作一刚性负载的数值模拟 ,仿真结果证明了该方法的有效性
窦建武, 余跃庆[3]2001年在《基于目标运动规划的柔性机器人协调操作闭链刚性负载的动力学模型》文中研究说明多个刚性机器人协调操作闭链负载 ,目前已在其运动学方面有了一些研究 ,但在柔性机器人领域中 ,对此问题的研究尚未展开。本文在对闭链负载机构运动微分关系线性化基础上 ,利用有限元法和 L agrange方程 ,推导出柔性机器人协调操作系统的运动学及动力学协调约束条件 ,建立了系统的动力学方程 ,并给出了平面两个 3R柔性机械臂协调操作平面刚性四杆机构完成目标运动规划任务的逆动力学问题的数值算例
王瑞茂, 余跃庆[4]2004年在《柔性机器人协调操作终点定位规划》文中研究说明本文研究了柔性机器人协调操作系统的运动规划问题。提出了利用对机器人关节进行运动补偿来提高被操作物体在轨迹终点的定位精度的方法,并给出了两个平面3R 柔性机器人协调操作一刚性负载的数值模拟,仿真结果证明了该方法的有效性。
刘迎春, 余跃庆, 姜春福[5]2003年在《柔性机器人研究现状》文中进行了进一步梳理随着机器人技术不断向高速度、高精度和轻量化发展,柔性机器人的研究越来越广泛。介绍了柔性机器人研究的几个方面:单柔性机器人建模、柔性机器人协调操作、冗余度柔性机器人和含间隙柔性机器人,最后指出了这一研究领域的发展方向。
毛立军, 余跃庆[6]2003年在《基于模态的柔性机器人协调操作系统的动力学分析》文中提出目前,对于柔性机器人协调操作动力学问题的研究已经取得了—定的研究成果,但是这些研究大多采用有限元法来建立动力学模型,很难将这种模型应用到实际的控制中,本文利用假设模态法和Lagrange方程,建立了柔性机器人协调操作系统的动力学方程,并给出平面两3R柔性机器人协调操作刚性负载完成目标运动规划任务的数值仿真算例,从而验证本方法的可行性和正确性。
窦建武[7]2001年在《柔性机器人协调操作的运动学和动力学研究》文中认为机器人协调操作和柔性机器人的研究是机器人领域中的两个前沿课题。到目前为止，国内外在机器人协调操作这一领域的研究中，绝大多数局限于刚性机器人协调操作方面。相对于刚性机器人而言，柔性机器人能够满足未来机器人在高速、精密、大承载和轻量化等方面的要求，因而越来越受到各国学者的重视，但目前大多是针对单个柔性臂的研究。多柔性机器人的协调操作则能综合柔性机器人和协调机器人两方面的优势，克服单柔性机器人变形误差大、振动剧烈等缺点，使机器人系统的性能进一步提高，是柔性机器人发展的必然趋势。因此，已开始引起国外学者的兴趣，目前的研究尚在初期阶段。 本文将柔性机器人和机器人协调操作两个领域加以融合，以柔性机器人协调操作系统为对象，在柔性机器人协调操作刚性负载的动力学建模、逆动力学分析及仿真、系统的操作性能分析、操作精度控制等方面进行系统深入的研究。 首先，通过分析认识到，柔性机器人协调操作区别于刚性机器人协调操作的两个本质特性是：1）柔性机器人协调操作的名义刚性位形不一定满足相应的刚性机器人协调操作的运动协调约束条件；2）柔性机器人协调操作的运动学分析和动力学分析之间存在相互耦合，运动学分析不能脱离动力学分析而单独进行。相应地采用有限元模型，定义了柔性机器人的名义刚性位形、刚性位形和实际位形，分别给出了柔性机器人协调操作零自由度刚性负载、单自出度开链刚性负载的运动协调约束条件和动力协调约束条件，并利用这些约束条件，导出了既不显含系统内力又不显含系统外部无功约束力的系统动力学方程，给出了相应逆动力学的求解方法。文中还通过仿真算例就不同基解位形对操作结果的影响进行了比较。 其次，利用闭链刚性机构内部各杆件之间的运动微分关系，导出了柔性机器人协调操作单自由度闭链刚性机构的运动协调约束条件和动力协调约束条件，从而得到了系统动力学方程。而后，又对柔性机器人协调操作多环多自由度闭链刚性负载进行了研究，通过多环多自由度闭链刚性负载内部的运动微分关系，建立了基于标准目标任务的系统动力学通用模型，该模型具有结构化特性，有利于建立此类系统的虚拟样机，编制通用化、参数化的计算机仿真软件。 然后，利用柔性机器人协调抓取的几何微分约束和力平衡约束，通过深入分析系统在静态位形时其内部各运动参量和力参量之间的关系，定义了系统的操作刚度，从两个方面对系统的操作性能进行了分析：1）操作空间中，基 os于系统操作刚度的全局特性；2）在一定约束的条件下，系统操作力矢端可达 二边界的局部特性。 最后，在前面分析的基础上，提出了柔性机器人协调操作的位姿动态校正控制策略，并以两柔性机器人协调操作零自由度刚性负载CP轨迹作业为目标任务，将在线求得（或测得）的被操作负载位姿误差经过变换动态反馈至输入端，以规划各关节的校正输入，从而提高系统的位姿操作精度。文中还通过仿真算例分析了系统前向通道增益对控制稳定性和控制结果的影响。 以上几方面研究形成了系统的理论和方法，为柔性机器人协调操作这一新领域研究的全面开展奠定了基础。
胡冬冬[8]2008年在《柔性欠驱动机械臂的动力学运动规划》文中研究指明随着人们对宇宙探索的不断深入,对轻质、高速、节能的空间机器人的研究显得尤为重要和迫切,同时也要求原有的空间机器人能具有更好的容错性能和在故障状态下仍然可以完成任务的能力。欠驱动机械臂就是在这样的背景下出现的一种新类型的机器人,其主要特点是输入空间(即控制空间)维数小于位形空间维数。同时,被动关节的约束方程又是不可积的,具有二阶非完整约束特性。控制这种系统已经成为机器人学和控制工程领域的一个主要焦点。本文以平面二连杆欠驱动机械臂为主要研究对象,应用平均方法和庞卡莱映射分析对象的动力学行为,并据此给出一种可行的控制方法。论文内容主要包括可以分为下面叁个部分:第一部分介绍了国内外有关欠驱动和柔性机器人方面的研究现状和前景。并深入学习了非线性动力学的有关理论和方法;第二部分针对平面2R欠驱动机械臂建立了系统的动力学模型,采用非线性动力学理论中的平均方法和庞卡莱映射方法,分析了平面2R欠驱动机械臂在小幅振荡输入作用下的系统运动行为,揭示了如下基本事实:(1)、在同一小振幅和高频率周期输入作用下,被动关节运动随初始状态的不同而做不同振幅的周期运动;(2)、在被动关节初始状态相同的条件下,不同小振幅和相同频率周期输入作用下,被动关节运动为不同振幅的周期运动;(3)、以上(1)、(2)两种周期运动的相轨迹是相交的。基于以上动力学分析结果提出一种欠驱动机械臂被动关节位置控制的开环振荡输入控制方法,并通过计算机仿真证明这种方法是可行的。第叁部分应用假设模态法和拉格朗日方程建立了柔性2R机械臂的动力学模型。可以方便后续的进一步研究。
盖玉龙[9]2009年在《柔性臂实验系统设计与研究》文中研究表明随着机器人技术和航空航天技术的不断进步,机器人系统朝着高速、轻型、低能耗的方向发展。柔性机械臂由于具有质量轻、惯性小和能耗低等优点成为当前研究的热点。柔性机器人的动力学建模及控制器设计是机器人研究领域的前沿课题。本文以混凝土泵车为分析对象,设计了一个3自由度柔性臂实验系统。通过柔性臂的可视化建模,并且利用仿真软件研究柔性臂的动力学问题。主要内容如下：(1)设计一个3自由度柔性臂实验平台,模仿混凝土泵车的工作过程。并且选择了合适的电机和减速箱,并精确计算设计相关连接件。(2)用Solidworks2007对实验平台进行叁维实体建模,并把模型导入ANSYS进行静力学分析,理论上验证所设计零件的可靠性,进而对实验平台进行优化设计。(3)设计基于PMAC运动控制卡的开放式机器人控制系统,并将其应用于柔性臂的控制；(4)建立3自由度柔性臂的动力学模型,并利用ANSYS与ADAMS联合对其动力学模型进行了仿真；该系统及其实验平台的完成,可以模拟混凝土泵车的结构、工作原理和工作过程,并可进行柔性臂的动力学建模方法以及新的控制策略的研究。
张成新[10]2002年在《柔性机器人协调操作的动力学分析与规划》文中进行了进一步梳理柔性机器人协调操作是机器人研究的前沿课题之一，由于难度较大，目前国内外在此方面的研究成果还十分有限。本文采用新的方法，建立了柔性臂机器人，考虑关节柔性和臂柔性的机器人及其协调操作系统的动力学模型。系统研究了柔性机器人及其协调操作的正动力学问题，逆动力学问题，轨迹跟踪，冗余驱动，内力和承载能力等，并将这些方法拓展到受限柔性机器人以及柔性机器人协调操作受限物体领域当中，取得了一系列研究成果。 首先，基于实际位移，采用Timoshenko梁理论和有限元法，由Lagrange方程建立了柔性臂机器人和考虑关节柔性和臂柔性的机器人动力学模型。由此推导出了对于给定的关节输入求解柔性机器人末端轨迹的动力学方程。通过采用与通常方法不同的边界条件，推导出了给定机器人末端任务求解机器人输入关节角和关节力矩的柔性机器人动力学方程。 然后，根据本文所建立的柔性机器人动力学模型，由柔性机器人协调操作的运动约束条件和动力约束条件，推导出了柔性机器人协调操作刚性负载的动力学方程。由此推导出了对于给定的关节输入求被协调操作物体质心轨迹的动力学方程。令被操作物体的实际质心位置，而不是由刚体运动分析所确定的名义位置为边界条件，并且令其满足期望的轨迹，由提出的载荷分配方法，推导出了给定被操作物体轨迹求解机器人关节输入的动力学方程。此动力学方程可以求出机器人理想的关节输入。文中对柔性机器人协调操作的正动力学问题，逆动力学问题，载荷分配，轨迹跟踪，内力和承载能力等方面进行了理论分析和数值仿真。 接着，首次对柔性机器人协调操作的动力规划问题进行了研究，提出了输入功率这一新的规划目标。与采用输入关节力矩最小和输入关节速度最小为目标时的动力规划结果相比，以关节输入功率最小为规划目标进行动力规划时，可降低系统的能耗，同时系统的运动学和动力学特性较好。 最后，首次利用有限元法，根据柔性机器人与作业环境的运动约束条件和动力约束条件，推导出了受限柔性机器人的动力学模型，以及柔性机器人协调操作受限物体的动力学模型。由于采用了系统变形后的实际位置为边界条件，本文所提出的受限柔性机器人的动力学模型和柔性机器人协调操作受限负载的动力学模型克服了通常方法不方便对受限柔性系统进行动力学分析的弱点。文中通过数值仿真讨论了逆动力学问题，轨迹跟踪，载荷分配和与作业环境的最 北京工业大学工学博士学位论文大接触力等方面。
参考文献：
[1]. 柔性机器人协调操作系统运动规划研究[D]. 王瑞茂. 北京工业大学. 2003
[2]. 柔性机器人协调操作系统运动补偿规划法[J]. 王瑞茂, 余跃庆. 机械科学与技术. 2004
[3]. 基于目标运动规划的柔性机器人协调操作闭链刚性负载的动力学模型[J]. 窦建武, 余跃庆. 机械科学与技术. 2001
[4]. 柔性机器人协调操作终点定位规划[C]. 王瑞茂, 余跃庆. 第十四届全国机构学学术研讨会暨第二届海峡两岸机构学学术交流会论文集. 2004
[5]. 柔性机器人研究现状[J]. 刘迎春, 余跃庆, 姜春福. 机械设计. 2003
[6]. 基于模态的柔性机器人协调操作系统的动力学分析[J]. 毛立军, 余跃庆. 机器人. 2003
[7]. 柔性机器人协调操作的运动学和动力学研究[D]. 窦建武. 北京工业大学. 2001
[8]. 柔性欠驱动机械臂的动力学运动规划[D]. 胡冬冬. 北方工业大学. 2008
[9]. 柔性臂实验系统设计与研究[D]. 盖玉龙. 东北大学. 2009
[10]. 柔性机器人协调操作的动力学分析与规划[D]. 张成新. 北京工业大学. 2002