球面2-dof过约束并联机器人动力学模型研究

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目球面2-DOF过约束并联机器人动力学模型研究作者姓名宋肇经学科专业机械电子工程指导教师张立杰教授2016年5月中图分类号：TH113.2学校代码：10216UDC：621密级：公开工学硕士学位论文球面2-DOF过约束并联机器人动力学模型研究硕士研究生：宋肇经导师：张立杰教授申请学位：工学硕士学科专业：机械电子工程所在单位：机械工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalandElectronicEngineeringRESEARCHONDYNAMI

2、CMODELOFSPERICAL2-DOFOVERCONSTRAINEDPARALLELMANIPULATORbySongZhaojingSupervisor:ProfessorZhanglijieYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《球面2-DOF过约束并联机器人动力学模型研究》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式

3、注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字日期：年月日摘要摘要球面2-DOF过约束并联机器人，具有承载能力与刚度高、工作空间内奇异少等优点，可以应用于球面上点的定位设备，具有重要的应用前景。本文以此并联机器人为研究对象，从多能域动力学建模、动力学参数辨识及实验等几个方面展开研究，主要研究内容如下：建立了球面2-DOF过约束并联机器人的反解模型，速度雅可比矩阵，以及每个连杆与末端执行器的速度、加速度映射模型。采用旋量键合图建立了球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统的动力学模型，所建动力学模型只有36个方程，但是由于该机构同时存在被动过约束和主动过约

4、束，共有43个未知量需要求解，为此，针对被动过约束问题，通过分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量，增加了6个变形协调补充方程；对于主动过约束问题，采用驱动力优化方法补充了1个方程，最终建立了该机器人完整的多能域动力学模型。并通过数值算例，验证该方法的可行性和合理性。建立了关于关键点的偏速度矩阵和等效力（力矩）矩阵，基于虚功原理，建立了球面2-DOF过约束并联机器人的动力学模型，并将其线性化处理得到关于动力学参数的线性化模型；依据该机器人的运动约束条件，以观测矩阵条件数最小为目标，对改进五次多项式的傅立叶级数进行优化并得到优化的激励轨迹；最后给出了辨识流程。设

5、计加工了球面2-DOF过约束并联机器人样机，开发了其控制系统；并在此基础之上，进行了动力学参数辨识实验，得到了动力学参数的辨识结果，最后，利用任意轨迹对实验结果进行了验证。关键词：球面并联机构；旋量键合图；动力学建模；参数辨识I燕山大学工学硕士学位论文AbstractThespherical2-DOFoverconstrainedparallelmanipulatorwhichhastheadvantagesofhigherbearingcapacity,higherrigidityandfewersingularityintheworkingspace.Itcan

6、finishlocatingsphericalpoint,soithasgooddevelopmentprospects.Therefore,thisarticletakesthemodelmachineasresearchobject,andresearchesthekinematicanalysis,thedynamicsmodelingandinertialparametersidentification.Theinversepositionsolutionmodelofspherical2-DOFoverconstrainedisestablished,an

7、ditsspeedJacobinmatrixissolved.Thevelocityandaccelerationmappingmodelofeachlinkagetotheendeffectorareobtained.Thedynamicmodelofthespherical2-DOFoverconstrainedparallelmanipulatorwhichcontainselectricalandmechanicalsubsystemisestablishedbyusingthescrewbondgraph.Becauseoftheexistenceof