【摘要】：多軸系統(tǒng)如今已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)加工的的各個(gè)領(lǐng)域,如打磨、表面加工、噴印、抓放、裝配、冶金。多軸系統(tǒng)類型眾多,但以數(shù)控機(jī)床以及工業(yè)機(jī)器人最為典型。這類裝置通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜,體積較大;對(duì)于傳統(tǒng)五軸機(jī)床,其運(yùn)動(dòng)學(xué)性能雖較好,但由于其自身結(jié)構(gòu)模型,常常伴隨有奇異點(diǎn)問(wèn)題。曲面打印過(guò)程連續(xù)并對(duì)速度變化敏感,球形電機(jī)作為一種新型的多軸系統(tǒng),具有三旋轉(zhuǎn)自由度的靈活運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),與三平動(dòng)自由度平臺(tái)組成六自由度移動(dòng)平臺(tái),球形電機(jī)具有反應(yīng)迅速,體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)動(dòng)學(xué)性能好,無(wú)奇異點(diǎn)的優(yōu)點(diǎn)因此適合該應(yīng)用場(chǎng)合。本文詳細(xì)說(shuō)明了球形電機(jī)進(jìn)行曲面打印時(shí)運(yùn)動(dòng)配合的軌跡規(guī)劃的相關(guān)內(nèi)容,包括對(duì)六自由度球形電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)建模,結(jié)合拉格朗日乘子法提出了逆運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算及其優(yōu)化模型,并提出了一種限制γ位移行程范圍的算法;提出了一種基于Smoothstep函數(shù)的多項(xiàng)式加減速模型的一般公式,將該模型應(yīng)用于規(guī)劃曲面電路打印的進(jìn)給速度,可以避免打印過(guò)程中產(chǎn)生加速度過(guò)大,造成振動(dòng)和沖擊的現(xiàn)象。利用運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化模型和速度規(guī)劃的理論分析進(jìn)行了仿真,仿真結(jié)果作為后續(xù)控制系統(tǒng)的輸入,構(gòu)建了球形電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行了打印軌跡跟蹤實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了球形電機(jī)移動(dòng)平臺(tái)在曲面打印中的可行性。
【圖文】：

1.1 課題目的與意義隨著現(xiàn)代工業(yè)水平的發(fā)展，，機(jī)械系統(tǒng)日益復(fù)雜化，多軸系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代業(yè)加工的的各個(gè)領(lǐng)域，如在打磨、表面加工、噴印、抓放、裝配、冶金等工業(yè)領(lǐng)域中多軸數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人扮演著至關(guān)重要的作用。多軸機(jī)械系統(tǒng)，是由電子方式制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)械軸之間協(xié)同作用以達(dá)到高效率、高質(zhì)量、高精度生產(chǎn)的的一種機(jī)電一體化設(shè)備。多軸系統(tǒng)類型眾多，但由于多軸數(shù)控機(jī)床以及工業(yè)機(jī)器人（圖 1.1）在各工業(yè)域的廣泛應(yīng)用，二者漸漸成為了多軸系統(tǒng)的代名詞。數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人這類裝都是通過(guò)電子方式控制多臺(tái)電機(jī)協(xié)同工作以達(dá)到運(yùn)動(dòng)要求，通常結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大；對(duì)于傳統(tǒng)五軸機(jī)床，其運(yùn)動(dòng)學(xué)性能雖較好，但由于其自身結(jié)構(gòu)，常常伴隨有奇異點(diǎn)問(wèn)題[1]。因此，對(duì)于新型的多軸系統(tǒng)的需求日益增加，該多軸系統(tǒng)應(yīng)具有體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)學(xué)性能好，精度高等優(yōu)點(diǎn)。

圖 1.4 感應(yīng)式球形電機(jī)（左）與超聲波球形電機(jī)（右）圖 1.5 永磁球形電機(jī)模型[57]國(guó)內(nèi)對(duì)球形電機(jī)的研究也很早，如 1989 年西北工業(yè)大學(xué)蘇仲飛等人研制了一臺(tái)三自由度球形直流電機(jī)。但是該電機(jī)只能實(shí)現(xiàn)二自由度的運(yùn)動(dòng)。2003 業(yè)大學(xué)吳立建等人提出了雙極型永磁球形電機(jī)，首次將轉(zhuǎn)子的繞組改成了磁極。2006 年合肥工業(yè)大學(xué)李爭(zhēng)等人研究了一種新型的仿機(jī)器人關(guān)節(jié)的永
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP242.2;TP334.8

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本文編號(hào)：2688683