六索驱动并联机器人的动力学建模及仿真
本文选题：柔索 + 并联机器人 ； 参考：《吉林大学》2017年硕士论文
【摘要】：随着工业技术的发展,传统并联机器人已经不能满足生产需要,因此,科学家提出了用柔索代替杆的并联机器人,即柔索驱动并联机器人,柔索驱动并联机器人具有重量轻、工作空间大、柔性好等优点,因此得到了广泛应用。本文研究围绕着“FAST工程空间六索驱动馈源舱位姿控制系统模型开发”项目,以柔索驱动并联机器人为背景,以500米口径球面射电望远镜(FAST)为研究对象,结合MATLAB、ADAMS等软件,求解柔索索力,分析柔索自身重力对柔索形状的影响,建立柔索驱动并联机器人的动力学模型,并进行了五索工况下的仿真分析。旨在将六索驱动并联机器人模型进一步精确化,本文主要进行了以下几个方面的研究工作:(1)总结柔索驱动并联机器人的发展历程以及国内外研究现状,阐述FAST的主要结构、悬索理论、馈源舱的静力学平衡方程,为后期索力求解、仿真分析奠定理论基础。(2)研究和分析了柔索的直线模型和悬链线模型,基于ANSYS的LINK180单元建立柔索的有限元模型,并对柔索进行了静力学分析,得到柔索自身重力对不同类型柔索变形的影响程度。(3)基于柔索的悬链线理论、馈源舱的静平衡方程,编写了索力求解程序,并利用MATLAB软件对索力初始值、最终值,以及不同位姿下的锚固点坐标进行求解。(4)深入研究柔索悬链线数学模型的建立方法,利用六索驱动并联机器人索力求解程序求解出索力的水平分力,并将其代入柔索的悬链线方程中,从而得到所求位姿下各个柔索的悬链线模型,为后续六索驱动并联机器人的建模奠定基础。(5)将柔索的悬链线模型和直线模型做对比,得到在所求位姿下柔索自身重力对其变形的影响程度,确定对于本文研究的六索驱动并联机器人,柔索的悬链线模型比直线模型更精确。(6)利用ADAMS软件中的柔索Bushing建模方法,建立了柔索的参数化模型,并以此为基础建立不同位姿下的六索驱动并联机器人模型,通过将仿真分析结果与MATLAB中的计算结果做对比,验证模型建立的准确性。(7)总结了六索驱动并联机器人的几种典型位姿,分别建立三种典型位姿下的动力学模型,并针对动力学模型分别进行了五索工况的仿真分析,仿真结果表明位姿WP1下的五索工况不具有危险性,而位姿WP1和WP2下的五索工况索力不满足技术要求,存在安全隐患。
[Abstract]:With the development of industrial technology, the traditional parallel robot can no longer meet the needs of production. Therefore, scientists have put forward a new kind of parallel robot with flexible cable instead of rod, that is, flexible cable driven parallel robot, which has light weight. Large workspace, good flexibility and other advantages, so it has been widely used. This paper focuses on the project of "Model Development of position and attitude Control system for Space six Cable Drive Feed Hatch in FAST Engineering", taking flexible cable driven parallel robot as background, taking 500m spherical radio telescope (FAST) as the object of study, and combining with MATLAB ADAMS and other software. The force of flexible cable is solved, the influence of cable's own gravity on the shape of flexible cable is analyzed, the dynamic model of flexible cable driven parallel robot is established, and the simulation analysis is carried out under the condition of five cables. In order to make the model of six-cable driven parallel robot more accurate, this paper mainly does the following research work: 1) summarizing the development of flexible cable driven parallel robot and the current research situation at home and abroad, and expounding the main structure of FAST. The theory of suspension cable, the static equilibrium equation of feed cabin, which provides the theoretical basis for the solution of the cable in the later stage and the simulation analysis. (2) the linear model and catenary model of the flexible cable are studied and analyzed. The finite element model of the cable is established based on the LINK180 element of ANSYS, and the finite element model of the cable is established based on the LINK180 element of ANSYS. Based on catenary theory of flexible cable and static equilibrium equation of feed cabin, the program of cable solution is compiled, and the influence degree of cable's own gravity on deformation of different types of cable is obtained by static analysis of flexible cable, which is based on catenary theory of flexible cable and static equilibrium equation of feed cabin. Using MATLAB software to solve the initial and final values of cable force and the coordinate of anchoring point under different position and pose, the mathematical model of catenary line of flexible cable is deeply studied. The six-cable driven parallel robot cable is used to solve the horizontal component force of cable force, and it is substituted into catenary equation of cable, and the catenary model of each cable under the position is obtained. It lays a foundation for the modeling of the six-cable driven parallel robot. (5) the catenary model of the cable is compared with the linear model, and the degree of influence of the cable's own gravity on its deformation is obtained under the desired position. For the six-cable driven parallel robot studied in this paper, the catenary model of the flexible cable is more accurate than the linear model. (6) the parametric model of the flexible cable is established by using the Bushing modeling method of the flexible cable in ADAMS software. On the basis of this, a parallel robot model with six cables driven under different positions and postures is established, and the simulation results are compared with the results of the calculation in MATLAB. To verify the accuracy of the model, this paper summarizes several typical posture of the six-cable driven parallel robot, establishes dynamic models under three typical positions, and carries out simulation analysis of the dynamic model under five cable working conditions. The simulation results show that the five-cable working condition under position and attitude WP1 is not dangerous, while the five-cable force under position and attitude WP1 and WP2 does not meet the technical requirements, so there is a hidden danger of safety.
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242
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，本文编号：1972043
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