救援机器人柔性多体系统耦合动力学建模、分析与振动控制研究

Rescue robots to replace human in completing a rescue mission in the disaster or on the battlefield, play a huge role and has the wide research value and the application prospect. Therefore, design set search, rescue, transportation, services in one of a light and dexterous rescue robot, which has strong working ability and good dynamic characteristics, becomes the key problem and the frontier topic in this field. In this program, from the point of view of the whole system consists of the mobile platform and the manipulator, a rescue robot with two flexible manipulators in struture is applied to be investigated. Firstly, considering complex terrain factor and the flexible members, a general dynamics model of the system will be established using the hybrid method combining the flexible multibody dynamics and transfer matrix method for multibody system dynamics. Secondly, through the analysis of dynamics coupling effects of the rigid-flexible components and the ones of the moving parts, the mechanism of motion performances affected by dynamics will be illuminated. And the influence of the dynamics parameters on vibration will be clarified. In addition, the vibration problem in motion caused by the rough terrain and the flexible components will be effectively resolved by an internal-external combination method of modifying the structure parameters and the control strategy, which provide the theoretical basis and technical support for rescue robots to obtain the ideal operational accuracy and the good dynamic performance.

救援机器人在灾害、战场代替人类执行救援任务，发挥了巨大的作用，具有广泛的研究价值和应用前景。因此，设计集搜寻、营救、搬运、救护于一体的轻便灵巧的救援机器人，使其具有较强的作业能力和良好的动态特性，成为这一领域的关键问题和前沿课题。本项目从移动机构和机械臂组成的救援机器人整体这个角度出发，在结构上采用以柔性构件为主的双柔性机械臂，综合考虑复杂地形因素和机械臂的柔性特点，利用柔性多体动力学和多体系统传递矩阵法相结合的混合方法建立总体动力学模型；通过系统中各运动部件之间以及刚-柔构件之间的动力学耦合特性分析，阐明动力学因素对动力性能的影响规律，明确动力学参数对振动的控制、调节机理；采用修改结构参数与施加控制策略的主、被动控制相结合的方法，有效解决机器人运动中由路面不平和构件柔性等因素引起的振动问题，为获得机器人末端理想精度和良好的动态性能提供理论基础和技术支持。

救援机器人在灾害、战场代替人类执行救援任务，发挥了巨大的作用，具有广泛的研究价值和应用前景。因此，设计集搜寻、营救、搬运、救护于一体的轻便灵巧的救援机器人，使其具有较强的作业能力和良好的动态特性，成为这一领域的关键问题和前沿课题。本项目首先根据机器人的结构特点，提出便于后续振动特性研究的多体系统传递矩阵改进方法，其次，从移动机构和机械臂组成的救援机器人整体这个角度出发，分别建立了具有单机械臂和双机械臂的刚性救援机器人整体动力学模型；并进一步综合考虑复杂地形引起的路面激励，在结构上采用以柔性构件为主的双柔性机械臂，利用柔性多体动力学和改进的多体系统传递矩阵法相结合的混合方法得到救援机器人整体完备的动力学模型和振动模型，该模型同时涵盖机器人系统的运动学、动力学性能和振动特性；再次，通过边界条件的设置，完成救援机器人固有频率的求解和动力学方程的求解，利用数值仿真分析得到系统中各部件之间运动耦合以及刚-柔构件之间的动力学耦合特性，获得动力学因素对动力性能的影响规律，明确了动力学参数对振动的调节机理，并实现了机器人系统结构参数的优化设计；最后，采用模糊方法和PID相结合的主动控制控制策略，有效地解决机器人运动中由路面激励和构件柔性等因素引起的振动问题，为获得机器人末端理想精度和良好的动态性能提供理论基础和技术支持。