冗余绳牵引并联机器人工作空间求解方法及性能的研究

摘要

与传统的杆支撑并联机器人相比，绳牵引并联机器人具有结构简单、质量轻、可达工作空间大和运动速度快等特点。冗余绳牵引并联机器人可以减少工作空间内的奇异位形，提高工作空间性能，所以它的工作空间的求解方法和性能成为本文研究的重点。
　　 本文推导了绳牵引并联机器人的力旋量平衡方程，研究了多指手抓取模型与绳牵引并联机器人的相似性关系，将多指手抓取的凸条件应用于绳牵引并联机器人，得到绳牵引并联机器人力旋量封闭的判定定理。文中论述了绳牵引并联机器人的力旋量封闭工作空间和力旋量可行工作空间的定义及定理，提出一种基于降维理论来求解以上两种工作空间的新方法，通过传统的方法或者定理验证了该方法的正确性。
　　 最后对评价工作空间性能的总体运动性能指标、局部运动性能指标以及工作空间的大小等进行了研究。通过改变绳索拉力范围、末端执行器的姿态角、外力旋量和驱动冗余度，分析对机构工作空间性能的影响，获得了可用于设计性能良好的机构的一般性结论。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题的背景意义

1.2研究概况

1.2.1绳牵引并联机器人的发展状况

1.2.2工作空间的研究状况

1.3本文主要工作

第二章绳牵引并联机器人的力旋量平衡方程

2.1引言

2.2构型描述

2.2.1组成元素与条件

2.2.2绳牵引并联机器人的约束方程

2.3力学模型与构型

2.3.1雅克比矩阵

2.3.2自由度与构型

2.3.3力旋量平衡方程

2.3.4驱动冗余度

2.4小结

第三章凸集理论与力旋量封闭分析

3.1引言

3.2凸集理论

3.2.1凸集的定义及定理

3.2.2分离超平面

3.2.3凸组合定义及性质

3.3绳牵引并联机器人与多指手抓取模型的相似分析

3.3.1结构的相关性

3.3.2力传递的相似性

3.3.3相似性的应用

3.4算例分析

3.4.1多指手抓取模型的力旋量封闭分析

3.4.2绳牵引并联机器人的力旋量封闭分析

3.5小结

第四章绳牵引并联机器人工作空间的求解方法

4.1引言

4.2一种基于降维理论求解工作空间的新方法

4.2.1降维理论

4.2.2力旋量封闭工作空间的求解

4.2.3力旋量可行工作空间的求解

4.3新方法的可行性验证

4.3.1力旋量封闭工作空间的求解方法验证

4.3.2力旋量可行工作空间的求解方法验证

4.4小结

第五章冗余绳牵引并联机器人工作空间性能分析

5.1引言

5.2工作空间性能指标

5.2.1雅可比矩阵的奇异值分解

5.2.2局部运动性能指标

5.2.3全局运动性能指标

5.2.4工作空间的面积或体积

5.3驱动冗余度对平面绳牵引并联机器人工作空间性能的影响分析

5.3.1一般平面刚体绳牵引并联机器人工作空间性能分析

5.3.2驱动冗余度对平面点状绳牵引并联机器人工作空间性能的分析

5.3.3驱动冗余度对平面刚体绳牵引并联机器人工作空间的性能分析

5.4驱动冗余度对空间绳牵引并联机器人工作空间性能的影响分析

5.4.1一般空间刚体绳牵引并联机器人工作空间的性能分析

5.4.2驱动冗余度对空间点状绳牵引并联机器人工作空间的性能分析

5.4.3驱动冗余度对空间刚体绳牵引并联机器人工作空间的性能分析

5.5小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

研究成果