一、八面体变几何桁架机器人工作空间分析的解析法(论文文献综述)
李传扬[1](2021)在《模块化对称式3-R(SRS)RP多环机构操作臂研究》文中研究表明随着我国载人飞船、空间站、月球和火星探测、对地观测、空间科学研究等重大航天工程的陆续启动与实施,对可实现空间大范围在轨操控任务的宇航空间机构的需求越来越迫切。在未来航天任务中,宇航机构必须具备开展大范围空间作业的能力,如实现太空垃圾的回收、失控卫星的轨道修正与维护、实施空间攻防等。而目前的空间操控技术多有弊端,如:大尺度变几何桁架结构和驱动较为复杂,关节式机械臂整体刚度低且操作不够灵活。因此,迫切需要研究一种大尺度、多自由度、高刚度、可折叠的空间桁架式操作臂系统。受生物细胞学理论启发,将机构中的运动副、运动支链以及机构本身视为细胞,并用旋量代数理论完成其数学表达。基于细胞学中的裂胞过程,提出裂胞自由度分析法及裂胞奇异分析法,用以分析多环耦合机构的自由度及构型奇异性。采用自由度分析法对三个代表性的多环耦合机构进行分析,以证明方法的正确性。提出对称式3-R(SRS)RP多环机构新构型,其中R表示转动副,S表示球副,P表示移动副,相比并联机构具有更大的刚度质量比;将多个多环机构模块首尾串联可构造空间模块化操作臂,其刚度优于关节式机械臂,适合于操作臂的大型化并具备可折叠功能。采用绳杆式的结构设计方案可进一步增强其整机刚度。提出一种新型球副机构,并构建由两个同心球副及一个轴线过中心的转动副组成的SRS复合铰链,可实现真正的理想节点设计,增强运动精度,并简化运动学及动力学模型。对多环机构的几何、自由度、构型奇异特性进行分析,可知:(1)机构具有3个自由度,分别为绕中间平面相交两轴线的转动及沿中间平面法线方向的移动;(2)机构在运动过程中的任意姿态,上下两个单元始终关于中间平面对称;(3)由于机构中间移动副的存在,其构型奇异位姿均可避免。对多环机构运动特性分析可知:(1)机构理论上可实现完全折叠和动平台最大180°的转动;(2)机构几何奇异位姿位于其工作空间的边界位置,在工作空间中运动始终为连续运动。通过模块化操作臂系统运动学和工作空间分析可知,操作臂具有优良的折叠与弯曲运动性能,三模块操作臂工作空间近似球形,具有较好的操作范围。3-R(SRS)RP多环机构具有多个单自由度铰链(转动副和移动副),其需要3个驱动实现全驱动,具备84种驱动模式配置可能,主要有3R类,2R1P类,1R2P类,以及3P类四大类型。因此,本文提出一种驱动模式优化方法,包含广义驱动力均布准则、功率消耗均布准则以及驱动策略准则。对3-R(SRS)RP多环机构驱动模式进行分析可知,3R类驱动模式在功耗分布方面最优,但在驱动策略准则角度,3P类驱动模式为最优解。提出一种多模块操作臂驱动模式分配策略,确定三模块多环机构操作臂驱动模式分配方案为:接近静平台的模块采用3R类驱动模式,其余采用3P类驱动模式。此外,建立三模块操作臂系统的动力学模型,求解得到系统的广义驱动力列阵,用以设计操作臂样机及电机选取。搭建三模块多环机构操作臂样机实验测试系统,并分别开展模块运动模式验证实验、运动学特性验证实验、两种同构驱动模式下功耗测试实验、操作臂广义驱动力测试实验,分别验证本文对3-R(SRS)RP多环机构的构型特性分析、运动特性分析、驱动模式分析以及动力学分析的正确性。从而证实模块化3-R(SRS)RP多环机构操作臂具备空间大尺度、多自由度、高刚度、可折叠的特点,具备空间应用的潜力。本文研究工作的开展为我国空间大尺度智能结构体设计理论与方法贡献思路,为空间非合作目标的抓取及空间大范围灵活操控提供理论和技术支持。
闫辉垠[2](2021)在《基于3-R(RSR)RP机构的串并联式空间操作臂设计与实验》文中指出随着现代航天技术的不断发展与提高,我国空间站建设、神舟十二号飞船、行星探测等重大航天工程的也陆续启动与实施,对航天器的需求量日益增加,对空间操作臂的工作需求也日益增加,亟需研制一种高刚度、高强度、多活动度以及大工作空间的空间操作臂。本文设计一种可以实现上述目标的空间操作臂机构,并对空间操作臂进行了基本特性分析和多目标参数优化,建立了空间操作臂的等效模型,最后研制了空间操作臂的样机并进行了实验验证与结果分析。首先根据调研结果及空间操作臂设计要求,参照目前已有的多环机构构型,基于3-R(RSR)RP多环机构设计空间操作臂的基本组成单元,包括复合铰链结构、模块结构以及操作臂结构设计。3-R(RSR)RP多环机构空间操作臂是拥有折展、弯曲多活动度的空间操作器,在确定结构设计及运动原理的基础上,对3-R(RSR)RP多环机构进行运动学特性分析,确保操作器方案合理可行。设计基于理想节点的复合铰链机构并分析方案合理性,通过ADAMS仿真验证空间操作臂的可行性;通过矢量法建立3-R(RSR)RP多环机构及其组成的操作臂的正逆运动学模型来实现超冗余度控制,通过计算得到关键节点的空间运动轨迹及其他运动学参数与ADAMS仿真模型进行对比,验证空间操作臂运动学模型的正确性。利用虚位移原理建立空间操作臂静力学平衡方程和动力学方程,得出空间操作臂的最大承载能力和外载荷下机构的平衡驱动力,并分析其动力学特性。建立操作臂的动力学仿真模型,对其动力学性能进行仿真与验证。以运动学分析和动力学分析的结果为基础,建立多目标优化数学模型,以得到最佳性能。基于优选结果,给出空间操作臂的详细结构参数。搭建可展开桁架的样机,通过样机的运动实验验证样机的3-R(RSR)RP多环机构运动功能的可实现性及复合铰链方案的合理性;通过样机的运动学实验及模态实验得到的结果同理论计算结果对比验证等效模型的正确性。上述分析及实验为后期空间操作臂落地提供设计思路、理论及数据支持。
刘壮壮[3](2020)在《七自由度冗余机械臂动力学及轨迹规划研究》文中指出随着机器人技术的不断发展,国内外对七自由度冗余机械臂的研究愈来愈深入,推动了协作型机械臂的发展。相比传统机械臂,七自由度冗余机械臂仅多了一个自由度就具备很好的灵活性及容错性,因此冗余机械臂可以在完成期望任务的同时利用其冗余度实现避免关节极限、规避奇异位置、优化力矩等性能指标。本文主要针对七自由度冗余机械臂的运动学、奇异位形、动力学及轨迹规划问题进行研究,并在计算机软件中构建仿真环境完成算法验证。论文研究内容如下:(1)七自由度冗余机械臂运动学建模及分析。首先,采用D-H法建立机械臂坐标系;然后,采用解析法推导冗余机械臂逆解方程;最后,在MATLAB中搭建虚拟仿真平台验证逆运动学方程推导的正确性。(2)七自由度冗余机械臂工作空间求解和奇异位形分析。首先,基于蒙特卡洛法在MATLAB中将机械臂工作空间进行可视化,并采用极值算法提取边界;然后,利用雅可比矩阵计算冗余机械臂的所有奇异位形,采用可操作度和条件数两个灵活性指标描述机械臂奇异情况;最后,使用机器人工具箱绘制机械臂奇异位形处末端运动学可操作度椭球。(3)七自由度冗余机械臂动力学建模及仿真。首先,采用牛顿-欧拉法建立冗余机械臂动力学模型,求取给定的轨迹下各关节所需力矩;然后,基于ADAMS与MATLAB联合仿真检验模型正确性;最后,基于惯性椭球原理,求解并绘制机械臂奇异位形处可视化动力学椭球并进行动力学性能分析。(4)七自由度冗余机械臂轨迹规划。首先,利用工具箱生成可视化的机械臂模型,利用关节空间的五次多项式插值和笛卡尔空间的直线插补两种方式规划相同两点之间轨迹;然后,采用PID控制器跟踪控制冗余机械臂关节轨迹,得到关节角跟踪轨迹和控制误差曲线;最后,使用MATLAB碰撞检测工具箱对机械臂和环境物体进行碰撞检测,通过非线性控制器控制冗余机械臂生成无碰撞轨迹。图[70]表[11]参[67]
吴立恒[4](2020)在《机构中的预应力稳定性研究及张拉整体结构分析与设计》文中研究说明只存在无穷小活动度的机构称为微动机构或者颤动结构,这类结构体系由于既没有实质性有限位移活动度,也没有有效的结构刚度,因此一直处于机构学与结构工程边缘研究地带。由机构理论可知,此类结构存在冗余约束可在无外载情况下出现内部载荷,即为预应力或预载荷。当前机构学主要关注微动机构活动度、颤动性、奇异性等运动学研究,较少研究预应力对机构的影响。结构力学表明,预应力可以刚化某些微动机构,这种现象又称为预应力稳定性。在上个世纪八、九十年代中,结构工程与数学领域学者共同提出了针对铰接结构体系预应力稳定性的判定方法。铰接结构预应力稳定性的发现为以张拉整体结构为代表的微动机构的设计与分析奠定了理论基础。张拉整体结构在一些机构理论中又称为张拉整体机构,是由受压的压杆与受拉的拉索构成的预应力结构体系,张拉整体可存在大量活动度,但预应力使其张紧成一个结构整体。为了探索连杆机构的预应力效应,以及研究连杆机构与张拉整体结构在预应力稳定性分析与设计上的关联,立足于机构学理论与结构力学融合,本论文将结构力学中铰接结构的预应力稳定性分析方法拓展到连杆机构中,首次提出预应力连杆机构的概念,建立了基于旋量理论的预应力稳定性判定方法。该判定方法进一步得到了球面机构的纯弯矩预应力实验验证。通过对球面机构的预应力分析,本论文提出使用平面梁理论来设计球面机构的纯弯矩预应力。基于这些基础研究以及铰接结构与连杆机构的对偶变换关系,建立了三角化张拉整体结构的预应力稳定性的旋量分析方法与机构变换设计方法。由此揭示了球面预应力机构与经典的Grünbaum多边形张拉整体的对偶转换关系,并提出了一种新型的多预应力变体的三角化张拉整体结构。论文研究有如下几个方面的创新。第一、建立了任意多闭环机构预应力稳定性的矩阵判定方法。基于运动学切锥理论提出了微动机构阶数的定义。基于旋量二阶运动学与多环机构拓扑图的矩阵表示,构造了一个二次型势能函数用于判定任意多闭环机构预应力稳定性。二次型正定性表明预应力可刚化机构模态,实现预应力稳定,本论文称对应的连杆机构为预应力机构。该矩阵条件同时是机构只存在一阶无穷小活动度的充分条件。根据预应力旋量种类,对预应力机构进一步分类,区别出纯弯矩、纯扭矩、纯拉伸、乃至一般力旋量预应力机构。最后,给出了几种高阶微动机构与预应力机构实例,发现了一种新的一阶微动机构但预应力不稳定的3-UU机构。第二、为了进一步揭示该二次型矩阵的物理含义,研究了球面机构的纯弯矩预应力实现问题。提出使用平面梁理论来设计球面预应力机构的纯弯曲预变形,使用曲率形态与曲率应变形态描述其自平衡状态,并通过了一个静态实验验证。这项研究将铰接结构的预应力设计问题拓展到球面机构的纯弯矩预应力设计中。第三、基于桁架-机构变换原理以及前文的旋量分析方法,提出了三角化张拉整体结构预应力稳定性的旋量分析方法与机构变换设计方法。该方法指出由三角形或者四面体单元构成的三角化张拉整体结构可转化成闭环机构,进而可以采用机构理论方法分析与设计三角化张拉整体结构。代表性地分析了棱柱张拉整体结构triplex、quadplex以及icosahedron的机构变换与预应力稳定性问题,并与结构力学方法进行对比。发现了球面预应力机构与经典的Grünbaum多边形张拉整体的对偶变换关系。第四、通过对三棱柱张拉整体triplex的机构变换分析,发现了一类新型多预应力变体的三角化张拉整体结构。由于该类张拉整体转化机构的关节轴线与triplex转化机构的关节轴线之间存在垂直关系,称这种新型张拉整体为orthotriplex(正交三棱柱)。自应力分析显示该类张拉整体结构存在多种预应力变体。本论文称单自应力状态张拉整体结构在相同拓扑结构下存在不同单元预应力分布的现象为预应力变体。最后,提出一个无量纲势能密度函数用于区分不同变体结构预应力稳定性。本论文的研究旨在有机融合结构力学与机构理论方法,从机构理论中连杆机构角度拓展铰接预应力结构的研究范畴,提出新的预应力结构以及相应的分析与设计方法。
陈延强,林海波,李玉如[5](2014)在《我国机构学位置分析数学方法的应用现状》文中研究表明机构位置分析是机构学的基本研究内容,其核心问题是求解一组非线性方程组。自机构学成为一门独立的学科以来,数学一直在机构学研究中发挥着重要作用。以我国在机构位置分析问题求解中采用的数学方法为对象,论述了各种方法在机构学位置分析中的具体应用,分析了它们的思路及优缺点,以期起到抛砖引玉和对机构位置分析问题应用者引导的作用。
刘长焕[6](2013)在《单元及组合型网格式移动连杆机构的研究》文中指出摘要:本研究属于机器人机构学领域,是对移动连杆机构进行的研究。连杆是腿足式、蛇形及不规则形态(非生物外形)机器人的基本构件;其尺寸、形状设计自由度大:连接铰链的种类和配置方式多;故移动连杆机构具有深厚的研究内涵。本文首次提出网格式移动连杆机构的概念,该类机构由若干连杆组合而成,在外形形态上类似于生物学领域中的网格,如蜂窝截面的网格形状。网格的一条边在连杆机构中是一个连杆,网格的结点在连杆机构中是连杆间的连接铰链。论文从基本的开链式三连杆机构出发开展研究;而后,用连杆构造出具有三边、四边闭环图形形态的移动连杆机构,即三边、四边网格单元移动连杆机构;再以平行四边形网格单元移动连杆机构为基本单元,采用不同的组合方式,构造新型的网格式移动连杆机构,分析其运动特性。主要研究工作如下:(1)根据三边式移动连杆机构的拓扑,构造了3个子类的具有步行或爬行能力的三杆开链式移动连杆机构;提出了直线步行的三边网格单元移动连杆机构,分析其稳定性、步高、步长等运动性能;从杆件形状与铰链连接的角度,提出改进方案,增加了三边网格单元移动连杆机构的转向功能。(2)增加网格单元的边数,提出滚动的四边网格单元移动连杆机构,利用机构学中四杆机构的知识及拓扑学的理论,从铰链方位、驱动个数、驱动位置等方面考虑,拓展出7种子构型,分析各构型的结构特点和运动轨迹,并使用差动方式实现了中心单动力型平行四边形网格单元连杆机构差动系统的转向。(3)将两个平行四边形网格单元进行平面或空间组合,分别研究了平面型、空间正交型双平行四边形网格式移动连杆机构,采用差动方式实现前者的转向,分析了后者空间任意方位转向的特性。(4)将三个平行四边形网格单元进行平面组合,构成的三平行四边形网格式移动连杆机构的结构具有对称性,研究其质心波动与驱动函数的关系,并以最小化质心波动为优化目标求解驱动函数,使用差动方式实现了差动系统的转向。(5)将四个平行四边形网格单元进行平面组合,开发了四平行四边形网格式移动连杆机构,深入发掘其运动方式,发现其类履带的边触地的滚动方式和类步行的两点触地的滚动方式,对其差动系统进行了转向和侧翻自救能力的探索。(6)讨论并总结了采用共中心点的组合方式对平行四边形网格单元进行组合后,平行四边形网格单元的个数与移动连杆机构的运动方式的关系。
艾青林,祖顺江,胥芳[7](2012)在《并联机构运动学与奇异性研究进展》文中认为为了发展更多新型结构的并联机器人,克服传统并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,针对并联机构运动支链结构形式,将并联机构分为杆支撑并联机构、绳牵引并联机构和钢带并联机构,并介绍了这3种并联机构的运动学原理.针对这3种并联机器人机构形式,从运动位置、工作空间、奇异位形3方面,对国内外并联机器人运动学与奇异性的研究现状进行详细的阐述.分析钢带并联机器人结构与驱动方式的特殊性,对钢带并联机器人在运动过程中由于钢带承载力有限导致失稳所带来的问题进行探讨.结果表明,并联机器人运动学与奇异性的理论研究方法还不成熟,需要从结构设计和理论2方面进行突破才能解决并联机器人发展的瓶颈问题,从而拓宽并联机器人的应用领域.
刘银龙[8](2012)在《模块化混联超冗余度机器人的运动学研究》文中认为模块化混联超冗余度机器人克服了并联机器人和串联机器人的弊端,具有易于重构、刚度高、承载能力大,运动比较灵活、能获得较大工作空间等优点,越来越受到学者们的重视。研究此类机器人的运动对其实际应用具有重要意义。本学位论文对以3-RPS并联机构为基本模块的模块化混联超冗余度机器人的运动学进行了研究,主要研究内容如下:1、模块化混联超冗余度机器人的构型分析。基于螺旋理论,对机器人基本模块的支链螺旋及其线性相关性进行了分析,利用修正Kutzbach—Grubler公式计算了机器人的自由度,并讨论了模块间的串接方式。2、模块化混联超冗余度机器人的位置正解研究。根据机器人的自身结构特点,提出了一种基于Sylvester结式消元法的模块化混联超冗余度机器人位置正解方法,实现了对混联超冗余度机器人位置正解的符号求解。3、模块化混联超冗余度机器人的速度和加速度分析。基于螺旋理论,通过对机器人基本模块Jacobian矩阵的递推,提出了一种分析模块化混联超冗余度机器人输出平台上参考点的速度和加速度的通用方法。4、模块化混联超冗余度机器人的工作空间确定。通过奇异性分析,在对机器人工作空间边界进行三维搜索的基础上,提出了一种确定模块化混联超冗余度机器人输出动平台参考点工作空间的数值方法,并分析研究了机器人模块个数和结构参数对其工作空间的影响。借助UG和Matlab软件实现了对本学位论文运动学研究中的建模和仿真,验证了所提方法的有效性。
罗佑新,车晓毅,何哲明,李晓峰[9](2009)在《十二面体变几何桁架位置正解的病毒传播算法》文中研究表明在分析机构学问题非线性方程组全部解求解方法的基础上,研究了生物病毒的传播特性,与改进的牛顿迭代函数相结合提出了基于生物病毒传播算法的非线性方程组全部实根求解的牛顿迭代方法,给出了计算步骤.十二面体变几何桁架机器机构位置正解实例表明了该方法的正确性与有效性,为机构综合与近似综合提供了新方法.
罗佑新[10](2008)在《八面体变几何桁架机构综合的神经网络超混沌牛顿迭代法研究》文中认为神经网络是高度复杂的非线性动力系统,存在着混沌现象。通过消除暂态混沌神经元的模拟退火策略,产生了一种可以永久保持混沌搜索的混沌神经元。研究了由4个该混沌神经元连接的单向循环混沌神经网络拓扑结构和混沌神经网络中存在超混沌现象。应用神经网络超混沌系统产生牛顿迭代法的初始点,首次提出了基于神经网络超混沌的牛顿迭代法求解非线性方程组的新方法。八面体变几何桁架机构综合实例表明了该方法的正确性与有效性。
二、八面体变几何桁架机器人工作空间分析的解析法(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、八面体变几何桁架机器人工作空间分析的解析法(论文提纲范文)
(1)模块化对称式3-R(SRS)RP多环机构操作臂研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题来源及研究的目的和意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 课题研究的目的和意义 |
1.2 大型空间操作臂研究发展现状 |
1.2.1 空间关节式机械臂 |
1.2.2 其他操作臂系统 |
1.3 空间多环机构研究发展现状 |
1.3.1 多环机构构型及应用 |
1.3.2 球副机构及复合球铰 |
1.3.3 多环机构理论分析 |
1.4 本文的主要研究内容 |
第2章 多环耦合机构自由度及奇异性分析方法研究 |
2.1 引言 |
2.2 裂胞与并胞概念的提出及其数学表达 |
2.2.1 旋量代数基础 |
2.2.2 裂胞与裂胞分化 |
2.2.3 并胞与并胞变异 |
2.3 基于裂胞的多环机构自由度分析方法 |
2.3.1 裂胞自由度分析方法中的裂胞原则 |
2.3.2 约束分析 |
2.3.3 关联自由度 |
2.3.4 自由度分析流程 |
2.4 基于裂胞的多环机构奇异分析方法 |
2.4.1 等效并联机构的奇异分析 |
2.4.2 并联支链的奇异分析 |
2.4.3 裂胞奇异分析法的分析流程 |
2.5 案例分析 |
2.5.1 案例一:魔球结构 |
2.5.2 案例二:多环混联机构 |
2.5.3 案例三:双层双环机构 |
2.6 本章小结 |
第3章 对称式3-R(SRS)RP多环机构及其模块化操作臂构型研究 |
3.1 引言 |
3.2 对称式3-R(SRS)RP多环机构 |
3.2.1 新型多环机构构型 |
3.2.2 机构绳杆式结构设计及其特点 |
3.3 多环机构SRS复合铰链 |
3.3.1 1S机构 |
3.3.2 新型球副机构的拓展及应用 |
3.4 基于裂胞过程的机构演变 |
3.4.1 机构的解耦 |
3.4.2 公共运动链的简化 |
3.5 3-R(SRS)RP多环机构几何特性分析 |
3.5.1 转动位置A |
3.5.2 转动位置B |
3.6 3-R(SRS)RP多环机构自由度分析 |
3.6.1 静平台与动平台平行 |
3.6.2 静平台与动平台不平行 |
3.7 3-R(SRS)RP多环机构奇异分析 |
3.7.1 静平台与动平台平行 |
3.7.2 静平台与动平台不平行 |
3.7.3 构型奇异性分析讨论 |
3.8 基于3-R(SRS)RP多环机构的模块化操作臂构型设计 |
3.9 本章小结 |
第4章 对称式3-R(SRS)RP多环机构及其模块化操作臂运动特性分析 |
4.1 引言 |
4.2 多环机构模块折展及弯曲运动性能分析 |
4.2.1 折展性能分析 |
4.2.2 弯曲运动性能分析 |
4.3 多环机构模块正位置分析 |
4.4 多环机构模块几何奇异分析 |
4.4.1 节点微分运动学 |
4.4.2 雅克比矩阵 |
4.4.3 几何奇异分析 |
4.5 工作空间及运动模式分析 |
4.5.1 位置及方向工作空间 |
4.5.2 多环机构模块三种运动模式 |
4.6 模块化多环机构操作臂运动特性分析 |
4.7 本章小结 |
第5章 对称式3-R(SRS)RP多环机构及其模块化操作臂驱动模式研究 |
5.1 引言 |
5.2 驱动模式优化方法 |
5.2.1 三种评判准则 |
5.2.2 广义驱动力均布准则 |
5.2.3 功率消耗均布准则 |
5.2.4 驱动策略准则 |
5.3 多环机构模块动力学模型 |
5.3.1 可动构件的运动螺旋 |
5.3.2 旋量映射矩阵 |
5.3.3 动力学模型 |
5.4 多环机构模块驱动模式分析 |
5.4.1 84 种驱动模式 |
5.4.2 基于折叠和弯曲运动模式的运动轨迹 |
5.4.3 基于功耗均布准则优化分析 |
5.4.4 基于驱动策略准则的优化分析 |
5.4.5 最优驱动模式 3R和 3P类 |
5.5 3R和3P类驱动模式功耗仿真分析 |
5.6 模块化多环机构操作臂驱动模式分析 |
5.7 本章小结 |
第6章 多环机构操作臂动力学分析及实验验证 |
6.1 引言 |
6.2 操作臂动力学模型 |
6.2.1 可动构件的运动旋量 |
6.2.2 旋量映射矩阵 |
6.2.3 动力学模型 |
6.3 具备3R和3P类驱动模式的操作臂样机实验测试系统 |
6.3.1 广义驱动力计算 |
6.3.2 实验系统搭建 |
6.4 模块运动模式测试实验 |
6.5 模块运动特性测试实验 |
6.6 3R类及3P类驱动模式功耗测试实验 |
6.6.1 模块动力学模型验证 |
6.6.2 3R和3P驱动模式分析验证 |
6.7 操作臂运动性能及应用测试实验 |
6.8 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
附录A 自由度分析案例 |
A.1 魔球机构中的几何及约束分析 |
A.1.1 几何关系验证 |
A.1.2 八杆机构两个自由度的讨论 |
A.1.3 魔球分支机构中的八杆环路 |
A.2 多环混联机构的运动旋量 |
A.3 双层双环机构运动旋量 |
附录B R驱动模式 |
附录C 非同构驱动模式仿真分析 |
附录D 动力学模型中矩阵的表达 |
攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
致谢 |
个人简历 |
(2)基于3-R(RSR)RP机构的串并联式空间操作臂设计与实验(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题的来源及研究背景和意义 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 课题研究的背景和意义 |
1.2 国内外研究现状及分析 |
1.2.1 空间操纵技术研究发展现状 |
1.2.2 串并联操作机构研究现状 |
1.3 本课题主要研究内容 |
第2章 3-R(RSR)RP多环机构空间操作臂结构设计 |
2.1 引言 |
2.2 空间操作臂方案设计 |
2.2.1 空间操作臂结构设计要求 |
2.2.2 空间操作臂基本单元选择 |
2.2.3 空间操作臂运动原理及结构参数 |
2.3 空间操作臂结构设计 |
2.3.1 SRS复合铰链结构设计 |
2.3.2 3-R(SRS)RP多环机构拉索设计 |
2.3.3 空间操作臂模块结构设计 |
2.3.4 空间操作臂结构设计 |
2.4 本章小结 |
第3章 3-R(RSR)RP多环机构空间操作臂运动特性分析 |
3.1 引言 |
3.2 3-R(SRS)RP多环机构自由度计算 |
3.3 空间操作臂运动学分析 |
3.3.1 正运动学分析 |
3.3.2 逆运动学分析 |
3.3.3 工作空间仿真 |
3.4 空间操作臂速度、加速度分析 |
3.4.1 模块速度分析 |
3.4.2 节点及质心速度分析及映射矩阵 |
3.4.3 操作臂速度分析 |
3.4.4 模块加速度分析 |
3.4.5 节点及质心加速度分析及映射矩阵 |
3.4.6 操作臂加速度分析 |
3.4.7 操作臂速度和加速度仿真 |
3.5 空间操作臂静力学分析 |
3.5.1 模块静力学分析 |
3.5.2 操作臂静力学分析 |
3.5.3 重力作用下操作臂静力学分析 |
3.5.4 操作臂静力学仿真 |
3.6 模块动力学分析 |
3.6.1 动力学分析 |
3.6.2 动力学仿真 |
3.7 本章小结 |
第4章 3-R(RSR)RP多环机构的多目标性能参数优化 |
4.1 引言 |
4.2 机构的性能评价指标的定义及分析 |
4.2.1 运动学性能分析 |
4.2.2 动力学性能分析 |
4.3 机构多目标参数优化 |
4.4 本章小结 |
第5章 3-R(RSR)RP多环机构空间操作臂样机研制及实验 |
5.1 引言 |
5.2 样机研制及控制系统搭建 |
5.3 样机实验 |
5.3.1 功能实验 |
5.3.2 运动学实验 |
5.3.3 模态测试实验 |
5.4 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
致谢 |
(3)七自由度冗余机械臂动力学及轨迹规划研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题来源与研究背景 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 课题研究背景 |
1.2 冗余机械臂的发展现状 |
1.3 冗余机械臂运动学研究现状 |
1.4 冗余机械臂动力学研究现状 |
1.5 冗余机械臂轨迹规划研究现状 |
1.6 本文主要研究内容 |
2 冗余机械臂运动学分析 |
2.1 引言 |
2.2 机械臂模型概述及其技术参数 |
2.3 机械臂运动学基础 |
2.3.1 刚体的位姿描述 |
2.3.2 连杆坐标系和齐次变换矩阵 |
2.3.3 RPY角描述 |
2.4 冗余机械臂运动学分析 |
2.4.1 正运动学分析 |
2.4.2 自运动分析 |
2.4.3 逆运动学分析 |
2.5 虚拟仿真平台搭建 |
2.5.1 MATLAB GUI及Robotics toolbox工具箱简介 |
2.5.2 正运动学仿真验证 |
2.5.3 逆运动学仿真验证 |
2.6 本章小结 |
3 冗余机械臂工作空间求解及奇异性分析 |
3.1 引言 |
3.2 冗余机械臂工作空间求解 |
3.2.1 工作空间的基本描述 |
3.2.2 蒙特卡洛法简介 |
3.2.3 工作空间求解 |
3.2.4 基于MATLAB工作空间分析 |
3.3 微分运动与雅可比矩阵 |
3.3.1 微分运动 |
3.3.2 雅可比矩阵 |
3.4 冗余机械臂奇异性分析 |
3.4.1 奇异位形求解 |
3.4.2 机械臂灵活性定义 |
3.4.3 奇异位形仿真分析 |
3.5 本章小结 |
4 冗余机械臂动力学分析 |
4.1 引言 |
4.2 刚体动力学 |
4.2.1 质点系动力学 |
4.2.2 惯性矩与惯性张量 |
4.3 冗余机械臂动力学建模 |
4.3.1 牛顿公式与欧拉公式 |
4.3.2 速度与加速度传递 |
4.3.3 牛顿-欧拉动力学方程 |
4.4 冗余机械臂动力学仿真 |
4.4.1 ADAMS软件简介 |
4.4.2 关节力矩求解 |
4.4.3 基于ADAMS/MATLAB的机械臂动力学仿真验证 |
4.5 冗余机械臂奇异位形动力学性能分析 |
4.5.1 广义惯性椭球 |
4.5.2 奇异位形动力学操作椭球 |
4.6 本章小结 |
5 冗余机械臂轨迹规划 |
5.1 引言 |
5.2 机械臂模型可视化处理 |
5.3 七自由度机械臂轨迹规划 |
5.3.1 关节空间轨迹规划 |
5.3.2 笛卡尔空间轨迹规划 |
5.4 冗余机械臂轨迹跟踪控制 |
5.4.1 基于Simscape构建机械臂Simulink模型 |
5.4.2 PID控制原理 |
5.4.3 仿真验证 |
5.5 冗余机械臂的避障 |
5.5.1 基于机器人工具箱的机械臂碰撞检测 |
5.5.2 冗余机械臂无碰撞轨迹规划 |
5.6 本章小结 |
6 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 未来展望 |
参考文献 |
致谢 |
作者简介及读研期间主要科研成果 |
(4)机构中的预应力稳定性研究及张拉整体结构分析与设计(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
字母注释表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的与意义 |
1.2 张拉整体结构分析与设计的研究进展 |
1.2.1 铰接结构的预应力稳定性 |
1.2.2 张拉整体结构的设计 |
1.2.3 铰接结构的高阶刚性理论 |
1.3 微动连杆机构的活动度、颤动性、奇异性与预应力研究进展 |
1.3.1 微动连杆机构与颤动性、活动度及奇异性 |
1.3.2 预应力在机器人刚度控制方面的应用 |
1.4 连杆机构与铰接结构的对偶性与变换关系 |
1.5 机构预应力分析与张拉整体结构的数学与力学基础 |
1.5.1 基于笛卡尔坐标的张拉整体结构静态分析方法 |
1.5.2 基于旋量坐标的开环连杆机构二阶运动学 |
1.5.3 平面纯弯曲细长梁模型 |
1.6 研究目标与内容 |
第二章 连杆机构预应力稳定性的旋量判定方法 |
2.1 引言 |
2.2 活动度与微动机构概念 |
2.3 单环机构预应力稳定性判定 |
2.3.1 一阶运动与自应力旋量 |
2.3.2 二阶运动学与海塞矩阵 |
2.3.3 简化的二次型 |
2.3.4 微分形式的能量二次型矩阵 |
2.4 多环机构预应力稳定性判定 |
2.4.1 多环机构运动学拓扑图的矩阵表示 |
2.4.2 一阶运动学表达式 |
2.4.3 二阶运动学矩阵表达式 |
2.4.4 简化的二次型 |
2.5 预应力机构实例 |
2.5.1 两个平面四杆机构 |
2.5.2 Assur微动机构 |
2.5.3 RCRCR预应力机构 |
2.5.4 修改的Bennett预应力机构 |
2.5.5 预应力不稳定的3UU一阶微动机构 |
2.6 本章小结 |
第三章 压平的球面机构预应力稳定性与预应力设计 |
3.1 引言 |
3.2 球面4R机构预应力稳定性的几何条件 |
3.3 基于平面梁理论的纯弯矩预应力设计 |
3.4 球面预应力机构自平衡状态的曲率形态与曲率应变形态 |
3.5 球面4R机构预应力稳定性的静态实验分析 |
3.6 本章小结 |
第四章 三角化张拉整体结构的预应力机构变换与设计 |
4.1 序言 |
4.2 基于角速度密度系数与线坐标的预应力稳定性公式 |
4.3 三角化张拉整体结构的机构变换与设计 |
4.3.1 桁架-机构变换原理 |
4.3.2 基于预应力机构变换的三角化张拉整体结构设计方法 |
4.4 压平的球面预应力机构与Grunbaum多边形的对偶变换 |
4.5 张拉整体triplex的预应力机构变换与旋量分析 |
4.5.1 桁架-机构变换 |
4.5.2 张拉整体triplex基于节点笛卡尔坐标的预应力稳定性分析 |
4.5.3 triplex机构基于线坐标的预应力稳定性分析 |
4.6 张拉整体quadplex的预应力机构变换与旋量分析 |
4.7 二十面体张拉整体的预应力机构变换与旋量分析 |
4.7.1 基于点坐标的预应力稳定性分析 |
4.7.2 基于线坐标的预应力稳定性分析 |
4.8 本章小结 |
第五章 一种有多种预应力变体的新型三角化张拉整体——ortho-triplex |
5.1 引言 |
5.2 预应力变体概念 |
5.3 新型张拉整体ortho-triplex的机构变换 |
5.4 ortho-triplex对偶机构基于线坐标的预应力稳定性分析 |
5.5 张拉整体ortho-triplex的八种预应力变体结构 |
5.6 张拉整体ortho-triplex变体结构预应力稳定性的参数敏感性 |
5.7 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 本论文总结 |
6.2 本论文创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
发表论文和参加科研情况说明 |
致谢 |
(5)我国机构学位置分析数学方法的应用现状(论文提纲范文)
0 引言 |
1 图解法 |
2 解析法 |
2.1 坐标变换矩阵法 |
2.2 矢量法 |
2.3 复向量法 |
2.4 四元数法 |
3 消元法 |
3.1 结式消元法 |
3.2 吴消元法 |
3.3 基组结式消元法 |
3.4 Groebner基法 |
4 数值迭代法 |
4.1 改进牛顿法 |
4.2 同伦法 |
4.3 区间分析法 |
5 总结 |
(6)单元及组合型网格式移动连杆机构的研究(论文提纲范文)
致谢 |
中文摘要 |
ABSTRACT |
1 引言 |
1.1 连杆式机器人机构的研究现状 |
1.1.1 腿足式机器人 |
1.1.2 蛇形机器人 |
1.1.3 不规则形态的机器人 |
1.2 研究动机、对象及意义、内容 |
1.2.1 研究动机 |
1.2.2 研究对象及意义 |
1.2.3 研究内容 |
1.3 章节安排和组织结构 |
1.3.1 章节安排 |
1.3.2 组织结构 |
2 三边网格单元移动连杆机构 |
2.1 三边开链式移动连杆机构 |
2.1.1 2R型 |
2.1.2 2P型 |
2.1.3 1P1R型 |
2.2 三边网格单元移动连杆机构 |
2.2.1 结构与运动原理 |
2.2.2 正运动学分析 |
2.2.3 逆运动学分析 |
2.2.4 稳定性分析 |
2.2.5 步高 |
2.2.6 步长 |
2.2.7 步态分析 |
2.2.8 样机与实验 |
2.3 可转向三边网格单元移动连杆机构 |
2.3.1 结构描述 |
2.3.2 运动原理 |
2.3.3 样机与实验 |
2.4 本章小结 |
3 四边网格单元移动连杆机构 |
3.1 四动力型 |
3.1.1 概念来源 |
3.1.2 滚动原理 |
3.1.3 稳定性分析 |
3.1.4 动力学分析 |
3.1.5 样机与实验 |
3.2 顶点单动力型 |
3.2.1 单动力的可行性 |
3.2.2 滚动步态的实现 |
3.2.3 驱动电动机的运动规律 |
3.2.4 样机与实验 |
3.3 中心单动力型 |
3.3.1 结构分析 |
3.3.2 样机与实验 |
3.4 单动力球面型 |
3.4.1 结构介绍 |
3.4.2 运动仿真 |
3.4.3 样机与实验 |
3.5 单动力Bennett型 |
3.5.1 Bennett机构与运动仿真 |
3.5.2 轨迹分析 |
3.5.3 样机与实验 |
3.6 曲柄摇杆驱动型 |
3.6.1 概念提出 |
3.6.2 稳定性分析 |
3.6.3 运动对称性参数设计 |
3.6.4 算例 |
3.6.5 急回特性分析 |
3.6.6 运动仿真 |
3.6.7 样机与实验 |
3.7 空间曲柄摇杆驱动型 |
3.7.1 结构设计 |
3.7.2 运动仿真 |
3.8 差动系统转向 |
3.8.1 差动系统的转向 |
3.8.2 转向运动仿真 |
3.8.3 差动系统连杆设计 |
3.8.4 改进后差动系统的转向 |
3.9 本章小结 |
4 平行四边形网格式移动连杆机构 |
4.1 平面型 |
4.1.1 结构与自由度 |
4.1.2 运动学分析 |
4.1.3 滚动步态仿真 |
4.1.4 动力学分析 |
4.1.5 差动系统转向 |
4.2 空间正交型 |
4.2.1 结构描述 |
4.2.2 自由度分析 |
4.2.3 运动可行性分析 |
4.2.4 翻倒方向 |
4.2.5 运动仿真 |
4.2.6 样机与实验 |
4.3 本章小结 |
5 三平行四边形网格式移动连杆机构 |
5.1 结构与自由度 |
5.2 运动原理 |
5.2.1 驱动角与质心投影的关系 |
5.2.2 稳定姿态 |
5.2.3 不稳定姿态 |
5.2.4 滚动能力 |
5.3 滚动仿真与实验 |
5.4 运动学分析 |
5.5 质心轨迹优化 |
5.6 差动系统转向 |
5.7 本章小结 |
6 四平行四边形网格式移动连杆机构 |
6.1 结构与自由度 |
6.2 外形轮廓分析 |
6.3 驱动角与稳定性 |
6.4 边触地滚动方式 |
6.5 点触地滚动方式 |
6.5.1 仅依赖变形 |
6.5.2 较大程度依赖惯性 |
6.5.3 部分依赖变形和惯性 |
6.6 自救运动 |
6.6.1 理论分析 |
6.6.2 自救运动仿真 |
6.7 差动系统转向 |
6.8 本章小结 |
7 结论与展望 |
7.1 结论 |
7.2 展望 |
参考文献 |
作者简历 |
学位论文数据集 |
(7)并联机构运动学与奇异性研究进展(论文提纲范文)
1 运动位置分析 |
1.1 杆支撑并联机构 |
1.1.1 数值法 |
1.1.2解析法 |
1.1.3 其他解法 |
1.2 绳牵引并联机构 |
1.3 钢带并联机构 |
2 工作空间分析 |
2.1 杆支撑并联机构 |
2.2 绳牵引并联机构 |
2.3 钢带并联机器人 |
3 奇异位形分析 |
3.1 杆支撑并联机构 |
3.2 绳牵引并联机构 |
3.3 钢带并联机器人 |
4 结论与展望 |
4.1 结论 |
4.2 展望 |
(8)模块化混联超冗余度机器人的运动学研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
目录 |
第1章 绪论 |
1.1 论文的选题意义 |
1.2 国内外研究状况 |
1.2.1 超冗余度机器人分类 |
1.2.2 超冗余度机器人的运动学研究 |
1.3 论文的研究内容 |
第2章 模块化混联超冗余度机器人的构型分析 |
2.1 引言 |
2.2 螺旋理论基础 |
2.2.1 螺旋表达 |
2.2.2 螺旋的代数运算 |
2.2.3 反螺旋 |
2.3 基于螺旋理论的构型分析 |
2.3.1 基本模块的构型分析 |
2.3.2 基本模块的自由度分析 |
2.3.3 模块间的组合方式 |
2.4 本章小结 |
第3章 模块化混联超冗余度机器人的位置正解研究 |
3.1 引言 |
3.2 基本模块的位置正解的符号求解 |
3.2.1 基本模块的机构模型建立 |
3.2.2 位置正解数学模型建立及其符号求解 |
3.3 模块化混联超冗余度机器人的位置正解 |
3.3.1 超冗余度机器人的机构模型建立 |
3.3.2 模块间的位姿变换矩阵 |
3.3.3 模块化超冗余度机器人的位置正解的一般方法 |
3.4 算例 |
3.5 本章小结 |
第4章 模块化混联超冗余度机器人的速度和加速度研究 |
4.1 引言 |
4.2 基于螺旋理论的Jacobian矩阵的建立 |
4.2.1 基本模块支链螺旋系的建立 |
4.2.2 支链Jacobian矩阵的建立 |
4.3 速度分析 |
4.3.1 模块的速度分析 |
4.3.2 整个机器人的速度分析 |
4.4 加速度分析 |
4.4.1 模块的加速度分析 |
4.4.2 整个机器人的加速度分析 |
4.5 运动仿真实例 |
4.5.1 模块化混联超冗余度机器人的速度仿真 |
4.5.2 模块化混联超冗余度机器人的加速度仿真 |
4.6 本章小结 |
第5章 模块化混联超冗余度机器人的工作空间研究 |
5.1 引言 |
5.2 确定模块化混联超冗余度机器人工作空间的方法研究 |
5.2.1 影响模块化混联超冗余度机器人工作空间的因素 |
5.2.2 杆件和其他构件的干涉 |
5.2.3 模块化混联超冗余度机器人的工作空间的确定 |
5.3 实例分析 |
5.3.1 工作空间仿真实例 |
5.3.2 模块个数和结构参数对工作空间的影响 |
5.4 本章小结 |
总结与展望 |
致谢 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果 |
(9)十二面体变几何桁架位置正解的病毒传播算法(论文提纲范文)
0 引 言 |
1 病毒传播算法 |
2 改进的牛顿迭代函数 |
3 基于病毒传播算法的牛顿迭代法 |
4 十二面体变几何桁架机器人机构位置正解 |
5 结 论 |
四、八面体变几何桁架机器人工作空间分析的解析法(论文参考文献)
- [1]模块化对称式3-R(SRS)RP多环机构操作臂研究[D]. 李传扬. 哈尔滨工业大学, 2021
- [2]基于3-R(RSR)RP机构的串并联式空间操作臂设计与实验[D]. 闫辉垠. 哈尔滨工业大学, 2021
- [3]七自由度冗余机械臂动力学及轨迹规划研究[D]. 刘壮壮. 安徽理工大学, 2020
- [4]机构中的预应力稳定性研究及张拉整体结构分析与设计[D]. 吴立恒. 天津大学, 2020(01)
- [5]我国机构学位置分析数学方法的应用现状[J]. 陈延强,林海波,李玉如. 机械研究与应用, 2014(05)
- [6]单元及组合型网格式移动连杆机构的研究[D]. 刘长焕. 北京交通大学, 2013(10)
- [7]并联机构运动学与奇异性研究进展[J]. 艾青林,祖顺江,胥芳. 浙江大学学报(工学版), 2012(08)
- [8]模块化混联超冗余度机器人的运动学研究[D]. 刘银龙. 西南交通大学, 2012(10)
- [9]十二面体变几何桁架位置正解的病毒传播算法[J]. 罗佑新,车晓毅,何哲明,李晓峰. 中北大学学报(自然科学版), 2009(04)
- [10]八面体变几何桁架机构综合的神经网络超混沌牛顿迭代法研究[J]. 罗佑新. 机械设计, 2008(11)