● 摘要
在机器人的研究中,如何有效提高机器人的动态性能,始终是急需解决的重要课题,因此具有十分重要的研究意义。本学位论文以提高机器人的动态性能为目的,创新地提出一种具有冗余支链的新型机器人型式,并对具有冗余支链的刚性冗余自由度机器人的运动学性能与动力学性能的同时优化以及具有冗余支链的柔性关节机器人的振动抑制等问题进行深入的研究和探讨。第一,针对当前机器人动态性能优化的研究现状以及存在的问题,以改善机器人的动态性能为目的,提出一种新型的具有冗余支链的机器人结构型式。第二,对具有冗余支链的刚性机器人进行了运动学与动力学研究,利用Kane方法推导并建立了机器人的动力学方程,并通过算例仿真证明了所建动力学方程的正确性。第三,针对一般刚性冗余自由度机器人的运动学性能与动力学性能难以同时优化的难题,提出了利用冗余自由度进行运动学性能优化同时利用冗余支链进行动力学性能优化的解决方案,在此基础上分别提出了具体的优化算法,从而很好地解决了运动学性能与动力学性能同时优化的问题。第四,对具有冗余支链的柔性关节机器人进行了运动学与动力学研究,利用Kane方法推导并建立了机器人的动力学方程,并通过算例仿真证明了所建动力学方程的正确性。第五,为了有效克服关节柔性对机器人的动态性能所带来的不利影响,根据冗余支链与机器人主运动链在运动学无关而动力学相关的特点,提出了利用机器人的主运动链执行操作任务同时利用冗余支链实现振动抑制的性能优化方案,在此基础上提出了抑制振动的算法,并且进行了仿真验证,取得了良好的抑振效果。
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