基于同时设计思想的柔性机器人手臂的全局优化设计研究

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1、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：1．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

2、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。2．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。3．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～遗传算法进行了改进，为实现系统的

3、同时设计奠定优化理论基础。4．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H2一H。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，H2．H。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AbstractMechatronicres

4、earchbasedonconcurrentdesignideaopensupanewdesignwaywhichgoesbeyondthetraditionaldesignmethodarea．Withthenewmethod，thetraditionalflexiblerobotmanipulators’projectsfacelotsofnewproblemsandlotsofnewideastosolvethem．Mechatronicdesignofflexiblerobotmanipulatorsb

5、asedonconcurrentdesignideaisanimportantdirectionbothinmechatronicdomainandflexiblerobotdomain．Thisdissertationfollowingresearches：1)Researchonthemodelingofflexiblerobotmanipultator．Assumed-modeapproachandfinitedifferenceapproachareusedandanalysedindetail．Com

6、parisonanalysisshowstheflexibilityofthefinitedifferenceapproachwhichisnotonlyfitforuniform—crossflexiblemanipulatorbutalsofitforvariablestructuremanipulator．ThenewapproachissuitablefortheconcurrentdesignideaNumericalsimulationresultsprovethevalidityofthefini

7、tedifferenceapproach．2)Researchontheflexiblerobotmanipulatorsystemmodel．Themanipulatorstatespaceequationisintegratedwithmotordynamicsandseveralcontrolalgorithmstoobtainoverallstatespaceformulaforthesystem．Furthernumericalsimulationresultsprovethepropertyofth

8、eintegratedsystemmodel．3)SystemconcurrentdesignbasedOilintelligentoptimizationtheory．Onthebaseofresearchabove，theconcurrentdesigntheoryframeofflexiblerobotmanipulatorwithintelligentoptimizationi