本发明专利技术公开了一种飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，基于微分变换和线几何理论，首先建立飞行型绳牵引并联机器人数学模型，然后建立飞行型绳牵引并联机器人刚度模型，接着对飞行型绳牵引并联机器人进行刚度特性分析，并提出飞行型绳牵引并联机器人刚度增强的方法，最后通过改进6‑6型飞行型绳牵引并联机器人形成8‑6型飞行型绳牵引并联机器人。本发明专利技术提供一种飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法能有效增加飞行型绳牵引并联机器人的刚度的效果。
【技术实现步骤摘要】
飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法
本专利技术涉及机器人领域，尤其涉及飞行型绳牵引并联机器人领域。
技术介绍
飞行型绳牵引并联机器人是一种特殊的绳牵引并联机器人形式，是将四旋翼无人飞行器作为广义定平台，通过多根绳索将动平台悬吊于四旋翼无人飞行器下方。在保留传统绳牵引并联机器人传动链轻质、负载/惯量比高、结构简单等优点的同时，具有空间运动能力，适合于野外勘测、抢险救灾、应急运输等应用。但是绳索的柔性与单向受力特性使得绳牵引并联机器人的刚度较差，飞行型机器人的高机动性又使得这个问题雪上加霜。低刚度会造成动平台在期望位置附近小幅高频振动，影响系统稳定性。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法能有效增加飞行型绳牵引并联机器人的刚度的效果。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，基于微分变换和线几何理论，首先建立飞行型绳牵引并联机器人数学模型，然后建立飞行型绳牵引并联机器人刚度模型，接着对飞行型绳牵引并联机器人进行刚度特性分析，并提出飞行型绳牵引并联机器人刚度增强的方法，最后通过改进6-6型飞行型绳牵引并联机器人形成8-6型飞行型绳牵引并联机器人。进一步的，所述飞行型绳牵引并联机器人数学模型包括运动学模型；所述运动学模型的向量形式如下：绳索i的绳长向量li可以表示为：li＝GRA(-ARBBbi-xb+Aai)(2)则绳索i的长度li为：进一步的，所述飞行型绳牵引并联机器人数学模型包括动力学模型：所述动力学模型的表达式为：JT＝W(9)式中进一步的，所述飞行型绳牵引并联机器人刚度模型包括刚度矩阵表达式：进一步的，所述刚度矩阵包括主动刚度：所述主动刚度矩阵表达式为：K1＝HT(29)进一步的，所述刚度矩阵包括被动刚度：所述被动刚度矩阵表达式为：进一步的，所述被动刚度包括绕z轴的转动刚度；通过增加驱动冗余性的方式增强动平台绕z轴的转动刚度。进一步的，所述飞行型绳牵引并联机器人刚度模型包括刚度模型，建立的所述刚度模型表达式为：K＝K1+K2＝H[J+(-W)+(I-J+J)λ]-JΩJT(37)进一步的，所述飞行型绳牵引并联机器人刚度增强的方法为通过调整绳张力的方式来调节主动刚度，通过改变系统结构和动平台位姿来调节被动刚度。在所述6-6型飞行型绳牵引并联机器人的基础上增加两根牵引绳，形成8-6型飞行型绳牵引并联机器人，属于完全约束定位机构。进一步的，还包括绳张力调节结构；所述绳张力调节结构包括挤压体、配合体和固定块；所述固定块固设于飞行器上；所述固定块远离飞行器一端开设有活动孔；所述固定块内收卷机构与牵引绳一端驱动连接；所述牵引绳另一端穿过活动孔向外延伸设置；所述活动孔边缘向牵引绳延伸方向延伸凸出；所述凸出内壁对向开设有安装槽；所述挤压体和配合体对向分别安装嵌设于安装槽内，且所述安装槽内伸缩装置的驱动端分别对应与挤压体和配合体驱动连接；所述挤压体和配合体拼接形成圆柱体型；所述牵引绳延伸端贯通于挤压体和配合体之间；所述挤压体拼接端部间距排列设置有若干推顶限位结构；所述推顶限位结构运动推挤牵引绳嵌入配合体拼接端内，且所述推顶限位结构配合配合体限位于牵引绳；所述挤压体和配合体拼接端设置贯通孔；所述贯通孔与活动孔同轴设置；所述配合体拼接端侧壁贯通孔内开设有若干卡嵌槽；若干所述卡嵌槽沿牵引绳延伸方向间距排列设置；所述卡嵌槽与推顶限位结构对应设置；所述卡嵌槽侧边倒圆角；所述卡嵌槽远离推顶限位结构一端内壁为曲面；所述挤压体拼接端侧壁贯通孔内对应卡嵌槽开设有若干嵌入槽孔；所述嵌入槽孔孔口小于卡嵌槽槽口；所述推顶限位结构对应嵌设于嵌入槽孔内；所述推顶限位结构包括推顶块和推杆；所述嵌入槽孔内推拉装置与推杆一端驱动连接；所述推杆另一端固定设置推顶块；所述推顶块远离推杆一端为弧型；所述弧型推挤牵引绳嵌入卡嵌槽内，且所述弧型与牵引绳相适应。有益效果：本专利技术能通过调整绳张力、系统结构和动平台位姿的方式来增加飞行型绳牵引并联机器人的刚度；包括但不限于以下有益效果：1)增加主动刚度的方式，通过增加绳张力，可以显著提高飞行型绳牵引并联机器人动平台绕z轴转动刚度；2)增加被动刚度的方式，通过调整系统结构的参数和动平台位姿，来相应的增加飞行型绳牵引并联机器人的被动刚度；3)挤压体内推顶限位结构推顶牵引绳卡嵌入配合体内，这样牵引绳被限制运动，并且多个推顶限位结构能控制微调节牵引绳的牵拉长度，进而调节牵引绳的张紧度。附图说明附图1为飞行型绳牵引并联机器人系统简图；附图2为动平台的转动刚度实验数据；附图3为t为0秒时6-6型飞行型绳牵引并联机器人工作空间内动平台绕z轴转动刚度等值线分布图；附图4为t为0.5秒时6-6型飞行型绳牵引并联机器人工作空间内动平台绕z轴转动刚度等值线分布图；附图5为t为1秒时6-6型飞行型绳牵引并联机器人工作空间内动平台绕z轴转动刚度等值线分布图；附图6为t为1.5秒时6-6型飞行型绳牵引并联机器人工作空间内动平台绕z轴转动刚度等值线分布图；附图7为t为0秒时8-6型飞行型绳牵引并联机器人工作空间内动平台绕z轴转动刚度等值线分布图；附图8为t为0.5秒时8-6型飞行型绳牵引并联机器人工作空间内动平台绕z轴转动刚度等值线分布图；附图9为t为1秒时8-6型飞行型绳牵引并联机器人工作空间内动平台绕z轴转动刚度等值线分布图；附图10为t为1.5秒时8-6型飞行型绳牵引并联机器人工作空间内动平台绕z轴转动刚度等值线分布图；附图11为绳张力调节结构图；附图12为配合体结构图；附图13为挤压体结构图；附图14为推顶块结构图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。如附图1-14：飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：基于微分变换和线几何理论，首先建立飞行型绳牵引并联机器人数学模型，然后建立飞行型绳牵引并联机器人刚度模型，接着对飞行型绳牵引并联机器人进行刚度特性分析，并提出飞行型绳牵引并联机器人刚度增强的方法，最后通过改进6-6型飞行型绳牵引并联机器人形成8-6型飞行型绳牵引并联机器人。所述飞行型绳牵引并联机器人数学模型包括运动学模型；如图1所示为飞行型绳牵引并联机器人结构，{G}为固结于大地的全局坐标系，原点为O，基向量为gx、gy、gz；{A}为固连于四旋翼无人飞行器的局部坐标系，原点OA位于四旋翼无人飞行器重心，基向量为ax、ay、az；{B}为固连于动平台的局部坐标系，原点OB位于动平台重心，基向量为bx、by、bz。GRA为从{A}到{G}的旋转变换矩阵，ψ本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：基于微分变换和线几何理论，首先建立飞行型绳牵引并联机器人数学模型，然后建立飞行型绳牵引并联机器人刚度模型，接着对飞行型绳牵引并联机器人进行刚度特性分析，并提出飞行型绳牵引并联机器人刚度增强的方法，最后通过改进6-6型飞行型绳牵引并联机器人形成8-6型飞行型绳牵引并联机器人。/n
【技术特征摘要】
1.飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：基于微分变换和线几何理论，首先建立飞行型绳牵引并联机器人数学模型，然后建立飞行型绳牵引并联机器人刚度模型，接着对飞行型绳牵引并联机器人进行刚度特性分析，并提出飞行型绳牵引并联机器人刚度增强的方法，最后通过改进6-6型飞行型绳牵引并联机器人形成8-6型飞行型绳牵引并联机器人。
2.根据权利要求1所述的飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：所述飞行型绳牵引并联机器人数学模型包括运动学模型；所述运动学模型的向量形式如下：
绳索i的绳长向量li可以表示为：
li＝GRA(-ARBBbi-xb+Aai)(2)
则绳索i的长度li为：
。
3.根据权利要求1所述的飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：所述飞行型绳牵引并联机器人数学模型包括动力学模型：所述动力学模型的表达式为：
JT＝W(9)
式中
4.根据权利要求1所述的飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：所述飞行型绳牵引并联机器人刚度模型包括刚度矩阵表达式：
。
5.根据权利要求1所述的飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：所述刚度矩阵包括主动刚度：所述主动刚度矩阵表达式为：
K1＝HT(29)。
6.根据权利要求1所述的飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：所述刚度矩阵包括被动刚度：所述被动刚度矩阵表达式为：
。
7.根据权利要求6所述的飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：所述被动刚度包括绕z轴的转动刚度；通过增加驱动冗余性的方式增强动平台绕z轴的转动刚度。
8.根据权利要求1所述的飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其特征在于：所述飞行型绳牵引并联机器人刚度模型包括刚度模型，建立的所述刚度模型表达式为：
K＝K1+K2＝H[J+(-W)+(I-J+J)λ]-JΩJT(37)。
9.根据权利要求1所述的飞行型绳牵引并联机器人完整刚度模型及刚度特性分析方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏宇，王沁，陈桦，杨寒，王鑫刚，金旭辉，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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