本文關鍵詞：一種三自由度索并聯(lián)機構的分析與控制系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：索并聯(lián)機構具有結構簡單、工作空間大、運動速度快、負載大等優(yōu)點,在工程應用中受到越來越多的重視,具有很高的研究和開發(fā)價值。高空攝像機器人是目前最先進的攝像設備,能夠拍攝出更加立體、視角獨特、更具臨場感的視頻效果。本文結合高空攝像機器人的開發(fā)需求,以一種三自由度索并聯(lián)機構為研究對象,重點研究了機構的懸鏈線模型、索力優(yōu)化、工作空間、靜剛度及控制策略,并對控制系統(tǒng)的軟硬件進行了設計和開發(fā)。主要研究內容如下:以三自由度索并聯(lián)機構為研究對象,考慮柔索的自身重力,建立了單索懸鏈線模型,對單索虛牽問題進行了深入研究,給出了虛牽的判別方法。建立了機構的整體數學模型,針對索力求解不唯一問題,通過考慮柔索限制懸垂的方法對柔索的索力進行了優(yōu)化求解,仿真驗證采用考慮限制懸垂對索力進行優(yōu)化有效可行,進而有效求出隨動平臺位姿變化繩索的索長變化值。對機構的工作空間進行了分析,給出了具有拉力條件的可控工作空間,并針對結構因素對工作空間的影響進行了分析,為索并聯(lián)機構的尺寸設計提供依據。分析了機構的靜剛度分布,給出了工作空間內的靜剛度分布情況,通過仿真驗證機構能夠滿足使用要求。針對三自由度索并聯(lián)機構的控制,本文從兩個方面進行了研究,首先建立起了單支鏈被控對象模型,針對現(xiàn)有控制系統(tǒng)的不足,對位置環(huán)控制器進行改進,仿真驗證提高了系統(tǒng)的響應性能。針對索并聯(lián)機構的冗余、非線性、滯后性、易受外界干擾等特點,提出了采用模糊控制與PID控制相結合的控制策略,對PID參數進行實時在線整定,有效的提高了系統(tǒng)的控制性能。最后,根據控制要求,對控制系統(tǒng)硬件進行整體設計,詳細說明了硬件組成和電氣方案設計,搭建了三自由度索并聯(lián)機構的硬件平臺。對控制軟件進行了詳細的功能模塊規(guī)劃,基于TwinCAT開發(fā)環(huán)境,編寫控制程序,重點對運動控制實現(xiàn)模塊和人機交互模塊進行了詳細分析,完成了對控制系統(tǒng)軟件的開發(fā),具有很強的工程實用價值。
【關鍵詞】：三自由度索并聯(lián)機構 索力優(yōu)化 運動控制 控制系統(tǒng)設計
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP242;TH112
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題研究背景及意義10-11
• 1.2 索并聯(lián)機構發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 并聯(lián)機構11-12
• 1.2.2 索并聯(lián)機構12-13
• 1.3 索并聯(lián)機構理論研究現(xiàn)狀13-18
• 1.3.1 索并聯(lián)機構研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.2 索并聯(lián)機構控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀15-18
• 1.4 本論文的主要研究內容18-20
• 第二章 三自由度索并聯(lián)機構建模分析20-31
• 2.1 單索懸鏈線建模與虛牽分析20-24
• 2.1.1 單索懸鏈線建模20-22
• 2.1.2 虛牽分析22-24
• 2.2 三自由度索并聯(lián)機構建模24-26
• 2.3 柔索張力的優(yōu)化設計26-30
• 2.3.1 考慮懸垂的柔索張力的優(yōu)化解26-28
• 2.3.2 仿真分析28-30
• 2.4 本章小結30-31
• 第三章 工作空間與靜剛度分析31-42
• 3.1 工作空間分類及分析方法31-32
• 3.2 具有拉力條件的可控工作空間分析32-34
• 3.3 結構因素對工作空間的影響34-37
• 3.3.1 工作空間的影響因素34-35
• 3.3.2 支撐桿的布置對工作空間的影響35-37
• 3.4 工作空間內的靜剛度分布分析37-40
• 3.4.1 靜剛度分析37-38
• 3.4.2 工作空間內的靜剛度分布38-40
• 3.5 本章小結40-42
• 第四章 控制策略研究42-56
• 4.1 運動學控制策略研究42-47
• 4.2 控制器改進設計47-49
• 4.3 模糊控制器設計49-55
• 4.3.1 模糊控制49-51
• 4.3.2 自適應模糊PID控制51-53
• 4.3.3 仿真分析53-55
• 4.4 本章小結55-56
• 第五章 控制系統(tǒng)軟硬件設計56-69
• 5.1 三自由度索并聯(lián)機構概述56-57
• 5.2 三自由度索并聯(lián)機構控制硬件設計57-61
• 5.2.1 控制器選擇58-59
• 5.2.2 伺服驅動器及伺服電機59
• 5.2.3 總線端子模塊59-60
• 5.2.4 電氣方案60-61
• 5.3 三自由度索并聯(lián)機構軟件設計61-68
• 5.3.1 系統(tǒng)軟件平臺TwinCAT61-62
• 5.3.2 控制系統(tǒng)軟件總體方案62-64
• 5.3.3 運動控制模塊設計64-67
• 5.3.4 人機交互界面67-68
• 5.4 本章小結68-69
• 第六章 結論69-71
• 6.1 本文的主要貢獻69
• 6.2 下一步工作的展望69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻72-76
• 攻讀碩士學位期間取得的成果76-77

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 杜敬利;段學超;保宏;;考慮柔索垂度影響的索支撐系統(tǒng)靜剛度[J];機械工程學報;2010年17期

中國博士學位論文全文數據庫 前2條

1 姚蕊;大跨度索并聯(lián)機構力特性及尺度綜合設計研究[D];清華大學;2010年

2 鄭亞青;繩牽引并聯(lián)機構若干關鍵理論問題及其在風洞支撐系統(tǒng)中的應用研究[D];華僑大學;2004年

  本文關鍵詞：一種三自由度索并聯(lián)機構的分析與控制系統(tǒng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：456726