《基於混合驅動的柔索並在線上器人系統關鍵技術基礎研究》是依託中國礦業大學，由訾斌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於混合驅動的柔索並在線上器人系統關鍵技術基礎研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：訾斌
- 依託單位：中國礦業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目把混合驅動機構引入到柔索並在線上器人系統，研究整體系統動力學問題；在考慮末端執行器運動過程中慣性力影響與柔索質量的情況下，進行混合驅動柔索並在線上器人軌跡規劃、索長、索作用力等參數的數值解算；採用分散控制策略實現混合驅動柔索並在線上器人系統的高精度軌跡跟蹤控制，在柔索子系統空間研究強魯棒性控制算法；提出一種簡單易行、且反映出複雜有限元模型動力特性的低維動力學模型的方法，建立混合驅動柔索並在線上器人系統結構與控制的統一模型，實現系統集成最佳化全過程數值仿真；對現有的3自由度柔索並聯起重機器人進行改造，構建一台米級混合驅動柔索並聯起重機器人實驗樣機且在其上進行系統關鍵技術基礎實驗研究。研究成果可為混合驅動柔索並在線上器人系統的綜合性能提升、設計、開發和在工程中的套用奠定理論基礎和實驗基礎，同時也為此類多自由度並在線上器人的動態特性、最佳化設計和控制等研究提供借鑑。
結題摘要
本項目設計了一種兼容混合驅動機構與柔索並在線上器人高效率、大負載、高性能的運動輸出特點的混合驅動柔索並在線上器人，並開展了該混合驅動柔索並在線上器人的機構設計、動態性能分析、軌跡跟蹤控制和最佳化設計問題的研究。完成的主要工作和取得的研究結論如下：1、 為了使柔索並在線上器人高效率、大負載、高性能的運動輸出，設計了一種混合驅動柔索並在線上器人機構，給出了機構虛擬樣機模型，該機構通過混合驅動平面五連桿機構驅動柔索牽引末端執行器完成期望軌跡跟蹤運動。基於牛頓-歐拉方法，建立了混合驅動柔索並在線上器人系統的動力學模型，並結合實例進行了動態性能分析。2、 基於矢量閉環法和幾何方法對混合驅動柔索並在線上器人機構的逆運動學進行分析，獲得機構的雅克比矩陣，並通過機構的約束條件獲得其工作空間，在此基礎上利用解析法編程，採用區域內逐點搜尋法，對機構工作空間內所存在的奇異位形分布進行求解分析。 3、 通過對混合驅動柔索並在線上器人動態複雜系統的非線性和受到外界干擾等特性分析，探討了該類控制系統的控制特點和適用的控制策略，並設計了閉環PD型疊代學習控制策略。為了驗證疊代學習控制算法的優良控制性能，在相同給定條件和擾動下，把閉環PD型疊代學習控制策略與常規PID控制算法進行控制性能比較分析研究。4、基於Lagrange方程，推導出混合驅動柔索並在線上器人的動力學模型，並考慮其結構系統和控制系統的密切耦合關係，討論最佳化過程中涉及的設計變數、約束方程表達式和目標函式，建立了機器人系統的集成最佳化模型。結合實例，對混合驅動柔索並在線上器人系統進行分離最佳化設計和集成最佳化設計的數值仿真比較研究，結果表明，集成最佳化設計能夠獲得較好的動態性能。上述研究成果可為混合驅動柔索並在線上器人系統的綜合性能提升、設計、開發和在工程中的套用奠定基礎，同時也為此類多自由度並在線上器人的動態特性、最佳化設計和控制等研究提供借鑑。
