文档介绍：摘要
摘要
基于同时设计思想的机电一体化设计突破了传统设计方法的框架,开辟了
一种新的设计思想,它对传统的柔性机器人手臂课题提出了许多新的问题与解
决问题的新思路。研究基于同时设计思想的柔性机器人手臂的机电一体化设计,
在机电一体化领域和柔性机器人领域均具有重要的理论意义和工程指导意义。
本文主要进行了以下几方面的研究
柔性机器人手臂本体模型研究。在以往研究的基础上,应用假设模态法
和有限差分法两种方法进行建模,分析比较了两种建模方法的异同。比较分析
结果表明有限差分法更加灵活,不仅适用于均匀等截面手臂建模,更适合于手
臂变截面的情况,即适合结构优化、同时设计的建模。针对等截面手臂,通过
仿真示例比较两种建模方法所得出的模型,证明了有限差分法建模的有效性。
基于同时设计思想的柔性机器人手臂系统模型的研究。基于有限差分法
所得出的手臂模型,结合驱动器模型以及控制算法与传感模型得出柔性机器人
手臂系统的整体模型。并进一步通过数值仿真表明,系统整体模型的正确性。
基于智能优化理论的系统同时设计研究。在基于以上研究的基础上,提
出了基于智能优化的柔性机器人手臂系统同时设计理论框架。并针对本文所要
应用的智能优化算法一遗传算法进行了改进,为实现系统的同时设计奠定优化
理论基础。
结合具体的控制算法进行了系统的同时设计研究。分别结合。的鲁棒
控制以及传感器输出反馈控制进行了系统同时设计研究。通过数值仿真,分析
比较了手臂结构,反馈控制方式以及性能指标对系统整体性能的影响。并得出
了不同反馈方式下所优化出的手臂结构特点以及基于同时设计的机电一体化设
计必将使系统取得更好性能的结论。
关键词同时设计思想,机电一体化设计,柔性机器人手臂,。的鲁棒控制
传感器输出反馈控制
基于同时设计思想的柔性机器人手臂的全局优化设计
独创性声明
本人声明所成交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知
除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与
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签名准日期叨
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签名了仁上—导师签名之二二止空日期一坦竺
第一章引言
第一章引言
研究背景
机电一体化方面的研究,是近年来先进国家竞相投资开发的前沿课题。其
共识是,机电一体化的设计和运作方法,将是改进系统性能,提高生产率的强
有力手段。然而,目前关于机电一体化的研究,多局限于宏观层次上机电功能
的匹配,和微观层次上机电性能的祸合。几乎没有见过已有的研究成果能在一
般机器系统的层次上,融合传统的建模与设计方法,具体的体现机电一体化的
概念,方法和优点。这对于推广机电一体化的研究,应用,特别是教学与推广,
是一个很大的障碍。对最典型的机电一体化系统柔性机器人手臂系统进行机电
一体化设计与控制,将会以力学,电机和控制各领域所熟知的方法,详细形象
的展示机电一体化的思路与效益,从而提供一个关于机电一体化应用的范例,
进而推进这方面的研究,应用与推广。
另一方面,柔性机器人手臂的研究本身也存在着一定的必要性。现在工业
界正在使用着的机器人原型是年在美国出现的。在近半个世纪的发展中,
随着集成电路、微型电子计算机、传感器等半导体技术、控制技术的飞速发
展,被实际使用的工业机器人的数量也在快速增加。但是作为最典型的机电一
体化系统的机器人,其基本外型从机器人一号发明至今几乎没有变化。外形尚
存在许多不足之处如具有庞大的基座、坚固的腰、粗壮的手臂以及负载与自
重比不合理等共性结构,因此机器人结构需要改进。同时,在机器人众多面向
任务的应用中,特别是在人类活动难以达到的领域和危险、有害环境下应用,
手臂和环境的接触是不可避免的,在机器人系统中引入主动柔性机构以改善系
统的稳定性,避免不必要的部件损坏是有意义的。
随着空间技术和机器人技术的发展,为了实现高速,轻型和低能耗的新一
代工业机器人如大型空间机器人,大型矿山与运料机器人卡车,以及医疗与精
密机器人等,柔性机器人手臂已成为国内外众多工程技术领域以及基础科学领
域的研究热点之一。
基于同时设计思想的柔性机器人手臂的全局优化设计
课题的研究目的与意义
本课题的主要目的是基于同时设计思想的机电一