并联连续体分拣机器人的建模与控制研究

来源 :上海交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803zhaozhenhong
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传统的人工分拣方式由于其低效率、低准确率、高劳动力成本以及作业场景受限等缺点,难以满足在日常生活与工业生产中日益增长的分拣需求。近年来,随着机器人技术的快速发展,大量的分拣机器人被开发并应用于各种场景中进行高速、准确的分拣作业,其主要采用刚性的串、并联机构,具有安全性较低、运动空间相对较小的缺点,并且对于中低负载、中等速度的分拣任务,其具有过剩的精度和过高的成本。因此,针对这类分拣任务设计低成本、高安全性的分拣机器人具有重要意义。基于近年受到广泛研究的连续体机构,本文提出了一种新型的并联连续体分拣机器人,旨在解决传统刚性分拣机器人的低安全性、高成本,与连续体机器人低刚度、低精度的缺点。本文主要研究包括:首先,针对柔性连续体机构,选用Cosserat Rod理论作为力学建模工具,从弹性杆的运动学描述、力学描述两方面对该力学理论进行了具体的介绍。其次,提出了一种以平动为主运动的柔性机构——对偶连续体平移机构,采用Cosserat Rod理论建立了其运动静力学模型。通过该力学模型,计算了该机构在不同受力下的变形及柔度矩阵,并求解了主运动,理论上证明了该机构遵循圆弧假设以及具有平动的主运动特性。再次,以对偶连续体平移机构作为运动学支链设计了一款并联连续体分拣机器人。基于圆弧假设建立了运动学模型。进一步的,针对其负载条件下关节表现的非圆弧变形,采用Cosserat Rod理论建立了简化的单支链力学模型与整体的运动静力学模型,提高了其末端定位精度。最后,搭建了该分拣机器人的上、下位机控制、通信系统,并在物理样机上进行了一系列试验,验证了该并联连续体分拣机器人的运动功能。
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