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外墙清洗绳牵引并联工作平台的机构设计与控制

外墙清洗绳牵引并联工作平台的机构设计与控制

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作者：江晓玲华侨大学

学位级别：硕士

外墙清洗主要依赖三种方式：“蜘蛛人”、轨道擦窗机、爬壁清洗机器人。针对以上三种清洗方式的缺点，提出将绳牵引并联技术应用于外墙清洗工作平台，获得安全系数高、成本低、工人劳动强度小、工作效率高的绳牵引机构。工作平台在绳索... 详细信息

外墙清洗主要依赖三种方式：“蜘蛛人”、轨道擦窗机、爬壁清洗机器人。针对以上三种清洗方式的缺点，提出将绳牵引并联技术应用于外墙清洗工作平台，获得安全系数高、成本低、工人劳动强度小、工作效率高的绳牵引机构。工作平台在绳索的牵引下，可将清洗工人快捷的从某一点运送到清洗部位，也可在清洗墙面时缓慢运行，确保工人有充足的时间完成清洗任务。在考虑绳索悬链线的基础上，研究机构在慢速运行下的逆运动学，分析绳拉力优化下的工作空间，利用LS-SVM分析静刚度并优化机构尺寸，最后在此基础上搭建样机并完成相关的实验。首先，从减小绳索之间干扰和节约成本两个角度考虑，选择只能稳定控制工作平台沿三个方向平动的机构构型4绳牵引欠约束并联机构（URPM4-3R3T）。在不影响绳索索长计算精度的情况下，将悬链线模型简化为赝曲线模型，并分析机构的逆运动学、静力学，求解绳索的拉力。利用绳拉力优化算法求解不同尺寸的机构在主工作平面内的工作空间，分析机构尺寸对工作空间的影响，并由此初步选择机构尺寸。理论分析静刚度矩阵解析表达式，针对初选的机构尺寸，求解工作空间中某点的静刚度矩阵，利用LS-SVM对静刚度离散点做曲面拟合，得到主工作平面内机构的静刚度分布情况，寻找机构静刚度的薄弱环节，通过优化机构尺寸加强该环节的静刚度，确定机构的搭建尺寸。最后，根据确定的尺寸搭建1:10原理样机，利用位置控制方法检验样机的软硬件通讯，实现运动学级的控制。实验不仅验证了理论分析和运动仿真分析的正确性，也为后期突破机构在高速运行下的动力学及控制等难点问题奠定研究基础。

关键词：绳牵引欠约束并联机构赝曲线模型 LS-SVM 运动学级控制

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