可重构机器人操作柔性负载建模及振动抑制研究

摘要

在现代制造业中，机器人技术的使用变得非常广泛，并且对制造业自动化程度的要求也越来越高，因此对机器人的工作方式及适应能力有更高的要求。传统机器人是基于某一相同或相近的任务而设计的且构型固定的机器人，灵活性较差。为了改善传统机器人的弊端，可重构机器人进而产生和发展。在汽车制造业和航空航天等领域内，一些柔性的轻薄板件或者细长杆件需要由机器人来完成抓取、夹持定位及装配。在机器人运动过程中由于惯性和自重等的原因，柔性负载不可避免的会产生振动，降低了机器人操作负载的末端定位精度。由可重构机器人结构参数等引起的静态误差和运动过程中各连杆惯性等作用下的动态误差均会对机器人末端精度造成影响。
　　影响可重构机器人末端位姿精度的静态误差是指由于各模块在制造及重构装配过程中产生的几何偏差；由于可重构机器人的各关节和连杆不是完全的刚性体，动态误差是指在其运动过程中由于惯性及重力等作用下，机器人各连杆会产生一定的柔性变形，从而引起机器人末端位姿的偏差。因此，本文分析了静态和动态误差对机器人末端位置的影响。
　　为了研究可重构机器人操作柔性负载的振动，本文首先利用拉格朗日方程建立机器人动力学模型，而后结合变形旋量和有限元法分析了柔性负载的变形，得到了柔性负载上任一点相对固定坐标系的位姿关系，再基于拉格朗日建立柔性负载的动力学方程；最后通过机器人与柔性负载之间的作用关系，建立系统的动力学模型。
　　针对机器人在操作柔性负载运动过程中的振动问题，本文使用了基于基函数叠加与粒子群优化相结合的振动抑制规划方法，使用基函数叠加规划关节角速度，将叠加函数的参数作为待优化参数，通过机器人操作柔性负载系统动力学模型确定模态坐标与关节运动之间的关系以及模态坐标与末端变形的关系，从而将振动抑制问题转换为关节角速度参数优化问题，并利用粒子群算法完成整个优化过程。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及章节安排

第二章 可重构机器人及操作柔性负载运动学分析

2.1引言

2.2刚体运动的旋量理论数学基础

2.3可重构机器人运动学误差建模分析

2.4柔性负载运动学模型

2.5可重构机器人操作柔性负载运动学分析

2.6静态误差分析算例

2.7本章小结

第三章 可重构机器人操作柔性梁动力学建模

3.1引言

3.2可重构机器人动力学模型及动态误差分析

3.3柔性负载动力学模型

3.4可重构机器人操作柔性负载动力学模型

3.5机器人动态误差算例

3.6本章小结

第四章 可重构机器人操作柔性负载振动抑规划制研究

4.1引言

4.2规划方法

4.3基于粒子群优化算法(PSO)的参数优化

4.4仿真计算实例

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1全文总结

5.2不足与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢