發(fā)布時(shí)間：2020-08-01 15:13

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,人們對(duì)于復(fù)雜的超自由度的機(jī)構(gòu)的研究越來(lái)越多,串并聯(lián)機(jī)構(gòu)就是其中典型的代表。在一定程度上,串并聯(lián)機(jī)構(gòu)可以兼具串聯(lián)機(jī)構(gòu)和并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),在一些特殊的場(chǎng)合有著獨(dú)特的應(yīng)用。但對(duì)于這種復(fù)雜機(jī)構(gòu)的控制,特別是基于模型的高精度控制一直是研究的難點(diǎn),著名學(xué)者朱文宏提出了一種面向復(fù)雜機(jī)器人的控制方式——虛擬分解控制,為實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)機(jī)構(gòu)的精確控制提供了思路。本文首先對(duì)串并聯(lián)機(jī)構(gòu)和虛擬分解控制的基本做了簡(jiǎn)要的說(shuō)明。然后根據(jù)虛擬分解控制的研究方法和串并聯(lián)機(jī)構(gòu)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定了串并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬分解方案。即利用模塊化的虛擬分解思想,將串并聯(lián)機(jī)構(gòu)類(lèi)比為串聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行虛擬分解,在將虛擬分解得到的并聯(lián)機(jī)構(gòu)子系統(tǒng)進(jìn)行二次虛擬分解,從而確定了全文的整體研究思路。完成并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬分解是實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)機(jī)構(gòu)虛擬分解的基礎(chǔ),目前,尚未有相關(guān)文獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬分解。所以,并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬分解成為了本文研究的一個(gè)重點(diǎn)。本文將虛擬分解控制的應(yīng)用拓展到了并聯(lián)機(jī)構(gòu)領(lǐng)域,建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)完整的虛擬分解運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型,在這個(gè)過(guò)程中利用虛擬分解控制中提出的負(fù)載分配方法,結(jié)合牛頓歐拉法,解決了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的負(fù)載分配問(wèn)題,并給出了完整解析解。本文還利用Simulink搭建了系統(tǒng)的模型進(jìn)行仿真,驗(yàn)證虛擬分解控制的有效性。為實(shí)現(xiàn)串并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬分解控制,本文借鑒串聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究方法,利用牛頓迭代算法實(shí)現(xiàn)了串并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解。再結(jié)合并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬分解控制方法,本文迅速地實(shí)現(xiàn)了串并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬分解控制。雖然串并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,而且公式繁多,但是這種方式在思路上變得非常簡(jiǎn)單。建模完成之后,依然使用Simulink進(jìn)行仿真,驗(yàn)證虛擬分解控制的有效性。最后,本文針對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)和串并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn),利用軌跡跟蹤正弦響應(yīng)來(lái)分析虛擬分解控制的實(shí)際控制效果,通過(guò)PID控制和虛擬分解控制的對(duì)比來(lái)說(shuō)明虛擬分解控制的優(yōu)越性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TH112
【圖文】：

圖 1-1 PID 控制系統(tǒng)方塊圖對(duì)于精度要求不是那么高的應(yīng)用場(chǎng)合，PID 控制可以滿(mǎn)足要求。若要提高高重載機(jī)構(gòu)的控制精度，必須考慮基于機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型的控制方法，如力矩控動(dòng)力學(xué)前饋控制等。這些控制方法都是基于機(jī)構(gòu)完整的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行控制由于機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型體現(xiàn)了機(jī)構(gòu)內(nèi)在的力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，因而基于模型的

基于模型的控制系統(tǒng)方塊圖

圖 1-3 串并聯(lián)機(jī)械臂 圖 1-4 人體軀干模型Gallardo 等[8]研究了一種串并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其每一級(jí)由一個(gè) 3-RPS 機(jī)構(gòu)構(gòu)用螺旋理論解決了串并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。此后，Gallardo[9]又提出了余機(jī)械手，將之前兩級(jí)模塊串聯(lián)發(fā)展到多級(jí)，其運(yùn)動(dòng)學(xué)以正向遞推的形度與加速度使用螺旋理論解決，以此建立了超冗余機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

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本文編號(hào)：2777631