论文首先介绍了清扫机器人的总体设计及运动学关系,分析了折叠式升降机构在两个运动过程(升降运动和清扫运动)中的振动,以及振动对手爪定位的影响.提出了从整体上建模升降机构振动的思路.为此,论文分析了剪式折叠结构分别承受横向弯曲载荷和轴向压力载荷时各节点的内力分布,由三节点杆件的力/变形关系计算出结构整体的弯曲变形和轴向变形,与等截面均匀悬臂梁的变形进行比较,得出了表征折叠结构整体抗弯能力和抗压能力的等效抗弯刚度和等效轴向刚度,分析了结构展开角和杆件长细比对等效刚度的影响,为升降机构的优化设计提供了理论指导.利用单位载荷法分析了折叠结构整体弯曲变形和轴向变形的分布,发现了折叠结构的整体弯曲变形分布与均匀实体悬臂梁的类似性,为用等效悬臂梁描述升降机构的整体弯曲行为、从整体出发升降机构的振动找到了理论依据.在此基础上,把升降机构的整体建模为等效柔性臂,系统地建立了带电清扫机器人的柔性臂动力学模型.对升降运动过程,提出了升降机构的等效移动柔性臂模型,并归结为一类特殊的轴向移动柔性臂.首先利用Hamilton原理推导出一般轴向移动柔性臂的动力学方程,与文献[73]和[75]相比,建模过程大大简化,并且考虑了末端集中质量的影响,该模型是研究包含移动关节的机器人柔性臂的基础.然后用类似的方法建立了升降机构等效移动柔性臂的动力学方程,讨论了用瞬时假设模态近似移动柔性臂的振动,用分离变量法求解四阶变系数偏微分动力学方程的数值解法.根据模型对升降机构的运动进行了数值仿真,分别分析了展开和折叠时机构整体横向运动引起的整体柔性振动,并将分析的结果应用于机器人作业运动的设计,同时也为控制升降运动过程中的振动提供了依据.对清扫运动过程,建立了一个具有末端运动刚体的柔性臂系统模型.采用假设模态法和Lagrange方程建立了描述清扫臂全局运动和升降臂柔性振动关系的动力学方程,建模过程考虑了清扫臂和手爪重力的影响.分析了重力以及全局刚性运动对升降结构整体柔性振动的影响,并对清扫运动进行了仿真,为控制清扫运动过程中的振动奠定了基础.论文针对升降结构的弯曲振动影响手爪快速、安全地定位的问题,提出了通过优化清扫臂的伸缩运动来降低升降结构柔性振动的优化控制方法,优点是不需要对系统进行修改,便于实现.建立了基于清扫运动逆动力学的最优控制问题,性能指标包括振动能量和末端误差,根据极小值原理建立了最优性条件.针对包含两点边值问题的无限维最优化问题,提出了用三次样条插值函数逼近加加速度曲线的数值解法.通过仿真对算法的有效性进行了验证,结果表明,得到的最优轨迹能够有效地降低升降结构的残余振动,减振的效果优于用单变量优化算法得到的最优梯形速度曲线.