随着机器人技术的逐步完善,适于特殊作业的机器人种类也日益增多,其应用领域不断拓展到微电子制造、MEMS封装与组装、高精密机械加工与装配、生物芯片制备、大范围高速扫描检测装备等行业。随之而来的,各行业对机器人的性能指标提出了越来越高的要求,追求机器人的高定位精度、高重复精度、高分辨力,同时还要求其工作范围大、质量轻、能耗低等,从而对机器人结构的设计提出了更高的要求。 在这样的前提之下,为满足人类向微小世界探寻的需要,作为机器人技术发展的一个重要分支,微操作机器人成为机器人学中十分活跃的研究领域。在广泛的分析了目前已有的柔性精密定位系统、并联精密定位系统的基础之上,针对目前大范围运动定位与高精度定位的应用实际需要,提出了柔性铰链的概念设计,并以此构建三支链大长径比柔性并联结构定位系统,为满足超高精度的定位需要,在并联支链中集成了压电陶瓷驱动,充分体现了驱动、结构、检测一体化的设计思想。
离子键在结构单元的设计方面,针对当前柔性铰链运动范围小等问题,在通用的球副和转动副柔性铰链的基础之上,提出了大长径比柔性铰链的概念设计;在柔性并联结构的设计方面,提出了在通
用的并联结构系统中,采用大长径比柔性铰链代替传统运动副的设想,建立基于大长径比柔性铰链的并联结构系统。在大长径比柔性并联结构的运动学建模方面,利用材料力学的基本原理和小变形假设,推导了大长径比柔性铰链的数学模型,并给出了在全局坐标系下的显式表达;在此基础之上,通过刚度组集的方法建立了大长径比柔性铰链并联结构柔性支链的运动表达显式,通过联立运动位移协调方程和力约束协调方程,建立了并联结构的位置解模型。 头孢噻吩由于并联结构系统中的各部件,特别是柔性铰链结构在自身变形提供整体结构的运动输出的同时,还经历了大范围的刚体运动,导致大长径比柔性并联结构的位置解模型出现典型的几何非线性问题。鉴于此,本文首先推导了空间柔性结构的几何非线性的刚度递推模型,并利用牛顿-莱弗森方法对该模型进行了求解。
由于几何非线性模型的迭代求解方式,导致该模型的实时性很差,不易移植至控制系统进行实时控制求解,因此选择BP神经网络方法,建立了三层六输入-六输出的位置解神经网络结构,从而在方便了实时控制编程的同时,还大大提高了系统的位置解的求解速度。由于柔性并联结构的位置解模型中不仅仅包括结构中的位置信息,还提供了结构中相关的力信息以及刚度信息,本文在上述位置解模型的基础之上,给出了该类系统的刚度模型,对这类系统的结构综合以及优化设计提供了有力的工具。
鱼算法
在大长径比柔性并联结构的样机实验方面,建立了采用大长径比柔性铰链作为被动关节的3-PPSR并联机器人系统,该系统采用压电马达作为驱动器,精密光栅尺作为位置反馈元件,其可在立方厘米级的工作空间内实现微米级精度的运动。结合力跟踪模型的稳态误差,通过调整初始参考位置精确控制外部环境力。
分析研究了分别在已知精确外部环境变量条件下,利用精确环境变量实现基于位置的外力跟踪控制和不确定外部环境变量条件下,利用自适应控制器控制力偏差实现的自适应力控制。基于大长径比柔性铰链的压电陶瓷马达驱动并联机器人系统,可以同时满足大工作空间和高精度的工程需要。
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