二元超冗余机器人构型综合及动力学特性分析研究

指标
• 基于有限元和拉格朗日方程的二元
超冗余机器人系统的柔性多体动力
学建模方法
04
02
• 基于Lie群、Lie代数理论的合理
的动力学模型简化方法和动力
学方程求解算法
• 二元超冗余机器人系统的理论 模态分析和试验模态分析
03
3. 研究方案及可行性分 析
• 运用约束螺旋综合理论，完成瞬时并联机构的
S
型综合，特别是3，4自由度并联机构。研究瞬
CONTENTS
1wenku.baidu.com
立项依据
2
研究内容
3
研究方案及可行性分析
4
特色与创新
5
研究基础与工作条件
6
申请人简介
1.1 项目背景及研究意义
和传统的连续驱动机器人系统相比的优点： • 不需要反馈控制
• 定位精度和重复定位精度高
• 低成本、轻质、高负载能力、 更简单的计算机控制接口
应用前景 • 星际探索
• 医疗 • 精密操作
T
并以激振法对样机进行模态分析实验，测定振
动特性参数
S
T
标题
W
O
4. 特色与创新
特色
• 针对目前国内外对二元超冗余机器人的 研究主要集中于运动学和二元驱动器的 状态，选取二元超冗余机器人机构学中 若干重要、但尚为空白的基础科学问题 为研究方向，包括：构型综合与优选、 运动敏感性、柔性多体动力学建模与动 力学特性分析等。
二元超冗余机器人的振动特 性分析研究
• 以有限元法为工具，对二元超冗余机器人系 统进行理论模态分析，获取主要振动特性参 数；以结构固有频率为约束，探讨二元超冗 余机器人结构动力特性的优化设计
2.2 实验研究
• 在UG NX和Ansys环境下，完成优选机型 的计算机辅助设计、分析和虚拟制造， 包括零件设计、结构优化，运动学和动 力学仿真
THANK YOU
2018 business plan report PPT template
• 基于DSP芯片的控制系统软、硬件设计； 实验样机加工、装配、调试、标定
• 使用微型电机加限位锁紧机构构成二元 驱动器
• 以激振法对实验样机进行模态分析实 验，测定振动特性参数，与理论结果 相验证
2.3 拟解决的关键问 题
• 并联机构拓扑结构与运动敏感性之
01
间的内在联系，运动敏感性的数学
描述和几何意义，以及相应的优选
创新
• 1. 提出使用瞬时少自由度并联机构作为 二元超冗余机器人的模块单元，为瞬时 少自由度并联机构理论研究和应用开拓 了新的方向。
• 2. 提出二元超冗余机器人的构型综 合理论及方法
• 3. 提出基于李群的二元超冗余机器 人的运动敏感性分析方法。
• 4. 二元超冗余机器人的柔性多体 动力学建模、基于李群李代数理 论的动力学模型简化与算法研究
二元超冗余机器人的运动学 研究
• 研究优选构型的正、逆向运动学，特别是遗 传算法在逆向运动学中的运用。
二元超冗余机器人的柔性多 体动力学建模理论研究
• 考虑轻质杆件和二元驱动器的柔性，以并联模 块为子结构，使用有限元和拉格朗日方法，以 符号数学软件Mathematica为工具，建立二元 超冗余机器人系统的柔性多体动力学模型。
1.2 国内外研究现状
国内外研究现状
• Chirikjian建造的实验系统的模块有两 种，一种是平面变几何珩架机构；一 种是Stewart并联机构，并以气缸作 为二元驱动器，结构较为粗笨。
• Dubowsky等提出了二元机器人驱动 智能装置BRAID的概念，并进行了大 量相关理论和实验技术研究。
• Zanganeh和J. Angeles提出基于样条曲 线的运动学反解方法；我国学者马培 荪等研制了离散驱动的6自由度蛇形柔 性臂，并对运动学参数进行了优化设 计，但其模块使用的并非并联机构。
• 5.二元超冗余机器人的振动特性分 析研究
5. 研究基础与工作条件
研究基础
• 项目申请人所在的武汉理工大学数字制造重点实验室， 针对各种自动化控制、机电一体化等进行了长期的研 究，获得了核心期刊和重要国际会议论文以及博硕士 毕业论文等一系列的研究成果。
工作条件
• 申请人为武汉理工大学机电工程学院硕士研究生，在 机电系统集成技术、计算机集成控制、机械设计及制 造、机器人技术应用等方面有丰富的经验和较强的实 践能力，可为本项目的实施，特别是样机及控制系统 的设计、制造、标定和调试提供重要的帮助和指导。 实验室具有良好的软、硬件设施可供申请项目利用。
时并联机构驱动副的选取问题
W
• 以运动敏感性为评价指标，优选出多种3或4自 由度并联模块构型。使用优选并联模块以三种
方式构成含5个模块的二元超冗余机器人
O
• 以有限元法对二元超冗余机器人系统进行理论 模态分析，获取主要振动特性参数，并通过仿
真和样机实验进行验证
• 完成零部件的加工和整机的装配、调试、标定，
存在的问题
• 缺乏二元超冗余机器人的构型 综合和优选研究
• 缺乏二元超冗余机器人运动敏 感性研究
• 缺乏二元超冗余机器人动力学 特性研究
2. 研究内容—理论研究
二元超冗余机器人的构型综合 理论和优选方法研究
• 研究二元驱动下并联模块构型优选方法，运用螺旋理 论、微分流形和李群理论对机构拓扑性能进行研究， 建立相应的评价指标，其中重点探讨机构拓扑结构与 运动敏感性的内在联系，给出运动敏感性数学描述方 法，建立相应评价指标，最后得到优选构型。