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双柔性机械臂多刚体模拟方法研究

作者：陈俊斌 Publish: 2006-11-3 Hits:-

【中文题名】

双柔性机械臂多刚体模拟方法研究

【英文题名】

Using Multirigid-body Method for the Simulation of Two Flexible Manipulators

【学科专业】

固体力学

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2006-11-3

【中关键词】

柔性臂,多刚体系统,有限段,凯恩方程,协调,

【英关键词】

Flexible manipulator,multrigid-body system,finite segment method,Kane’s equations,cooperation,

【分类导航】

工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机械手>

【论文摘要】

柔性机械臂协调操作系统具有能耗低、驱动装置小、操作速度快、载重自重比高、可靠性高等优点,在军事、宇航、医学等领域中的应用有着显著的优势,因而成为机器人研究和应用领域的热门课题。本文采用有限段方法,建立了柔性臂及其协调操作系统的动力学模型。研究了柔性机械臂协调操作的动力学问题。首先,采用有限段方法建立机械臂的多刚体离散模型,在弹性小变形的情况下,对单机械臂的动力学进行分析,计算了坐标变换矩阵及基本的运动学矩阵,进而用凯恩方程建立了考虑臂柔性的机械臂的动力学模型。然后,根据所建立的柔性机械臂的动力学模型,提出双臂协调操作所需满足的约束条件,推导出了用凯恩方程建立的双柔性机械臂协调操作系统的动力学方程。最后,通过具体算例的比较验证了此方法的可行性。

【论文题纲】

摘要	2-3
Abstract	3-6
第一章绪论	6-11
1.1 概述	6-7
1.2 国内外发展概况	7-9
1.3 本论文的主要研究工作	9-11
第二章凯恩方法	11-17
2.1 凯恩方法简介	11-12
2.2 凯恩动力学方程在多刚体系统的应用	12-16
2.2.1 等效力和等效力矩	12-13
2.2.2 等效惯性力和等效惯性力矩	13-15
2.2.3 广义力	15-16
2.3 小结	16-17
第三章机械臂的多刚体离散模型	17-30
3.1 刚体段的运动学描述	17-21
3.1.1 有限段离散方法	17-18
3.1.2 相邻刚体段的广义欧拉角描述	18-20
3.1.3 相邻刚体段的角速度描述	20-21
3.2 模型的运动学分析	21-29
3.2.1 广义坐标和广义速度	21-22
3.2.2 变换矩阵	22-24
3.2.3 绝对角速度、偏角速度与角加速度	24-27
3.2.4 质心速度、偏线速度及线加速度	27-29
3.2.5 模型的运动学方程	29
3.3 小结	29-30
第四章双柔性机械臂的凯恩动力学方程	30-44
4.1 双臂机器人模型	30-31
4.2 单臂开环动力学方程	31-39
4.2.1 段间变形力	32-35
4.2.2 等效主动力和力矩	35-37
4.2.3 开环系统的动力学方程	37-39
4.3 双柔性臂动力学方程	39-43
4.3.1 约束方程	39-40
4.3.2 双柔性臂的动力学方程	40-42
4.3.3 四阶龙格库塔方法	42-43
4.4 小结	43-44
第五章算法程序和算例	44-60
5.1 算法程序的处理	44-50
5.1.1 输入	44-45
5.1.2 偏角速度与偏角速度的导数的计算	45
5.1.3 偏线速度与偏线速度的导数的计算	45-46
5.1.4 等效主动力	46
5.1.5 系统方程中矩阵元素的简化处理	46-47
5.1.6 输出	47
5.1.7 流程说明	47-50
5.2 算例	50-60
5.2.1 仿真结果	50-58
5.2.2 讨论分析	58-60
结论与展望	60-61
参考文献	61-64
致谢	64-65
个人简历	65

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.380578



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