变刚度柔性铰机器人动力学建模与控制

作     者：张立青 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：章定国

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 080202[工学-机械电子工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：柔性铰 变刚度 拉格朗日法 刚柔耦合 运动控制 

摘      要：随着社会的发展,各行各业对于机器人的需求越来越明显,对机器人各部件的性能要求越来越高,在对机器人进行研究的过程中需要考虑的因素很多,有些柔性问题解决起来比较困难。传统意义的机器人建模已经完全不能满足这个高速发展的时代,对于机器人各种操作要求的高精度、高速度、低负载等情况分析,带来的结果误差很大,而很多例如航空航天、新兴行业以及精密仪器的制作等等都不允许实际工作中出现误差,必须控制在极小的范围内,因此对于机器人柔性的研究就显得更加重要。本文利用拉格朗日方法对考虑柔性效应的柔性铰机器人进行动力学建模,充分考虑了柔性铰机器人杆件的拉伸、弯曲、弯曲变形在轴向产生的耦合变形以及高速运动下产生的动力刚化项,所得模型能够适应大部分柔性机器人的运动分析。针对于目前出现的种种智能材料,提出了变刚度柔性铰的概念,用c语言编制了一套适用于柔性机器人动力学分析的程序软件,通过算例分析变刚度柔性铰对系统运动的影响,着重分析了铰柔性对于机器人运动的影响,为了方便后面讨论变刚度柔性铰在某种程度上能够辅助调控机器人杆件末端的运动,从而为逆运动学提供一种新思路,本文分别研究了柔性铰扭转刚度、杆端集中质量、驱动力矩改变的情况下机器人柔性对机器人运动的影响。最后用一算例验证了变刚度柔性铰的控制作用。