非完整多关节机械手动力学特性的研究

摘要

本文基于已有的非完整理论及非线性控制方法，将摩擦圆盘运动分解机构应用到多关节机械手臂上，在已有的模型上，对这种可控的四关节非完整机械手臂结构做了进一步改进和分析计算。分析了机械手设计中出现的问题，并提出了相应的解决方案。 根据四关节机械手的运动传递关系建立了其运动学模型，对此机械手进行了链式变换，这并不仅是因为一般的非完整系统可以转化为链式系统，更重要的是链式系统的控制是比较容易和成熟的。 完成链式变换后，研究了基于链式系统的运动规划方法，利用时间多项式输入控制的方法实现了对该多关节机械手臂的运动规划仿真。结果表明了通过链式变换可以有效地得到非完整机械手臂的轨迹规划和控制输入。 最后，利用拉格朗日力学方程，对四关节非完整机械手进行了动力学建模，推导出了此机械手的动力学模型。并由动力学模型进行了MATLAB仿真。研究结果表明了非完整多关节机械手的动力学模型和一般机器人动力学模型具有相似性，可以利用分析一般机器人动力学特性的方法来研究非完整机械手。此外，利用MATLAB进行非完整系统的动力学仿真的思想，对非完整系统的设计和优化有一定的参考意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

§1-1非完整系统的研究现状

§1-2本文的主要研究内容

§1-3本课题研究的目的和意义

第二章四关节非完整机械手的设计

§2-1四关节机械手结构设计方案

§2-1-1机械手的核心摩擦传动机构

§2-1-2现有机械手结构模型的改进设计

§2-2设计计算和传感器选型

§2-2-1圆盘和转盘滚动接触的分析计算

§2-2-2位置传感器的参数选型

§2-3机械手设计注意的问题

§2-4小结

第三章四关节非完整机械手运动学模型与仿真分析

§3-1四关节非完整机械手运动传递关系

§3-2四关节非完整机械手运动学方程

§3-3四关节非完整机械手模型的链式变换

§3-4机械手运动规划与仿真分析

§3-4-1非完整机械手的运动规划

§3-4-2运动仿真分析

§3-5小结

第四章四关节非完整机械手动力学模型与仿真分析

§4-1非完整系统动力学

§4-1-1 D’Alembert-Lagrange原理

§4-1-2非完整系统的查浦雷金(Чаплыгин)方程

§4-2四关节非完整机械手动力学建模

§4-2-1机械手能量计算

§4-2-2动力学模型建立与分析

§4-3基于MATLAB/Simulink的动力学仿真与分析

§4-3-1 MATLAB/Simulink软件介绍

§4-3-2动力学仿真与分析

§4-4小结

第五章总结与展望

§5-1研究的主要结论

§5-2展望

参考文献

致谢

附录

附图