本文關(guān)鍵詞：一種新型3-RPSR并聯(lián)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與研究

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【摘要】：并聯(lián)機(jī)械手相對(duì)串聯(lián)機(jī)械手,在一些工作空間相對(duì)有限,而對(duì)精度和剛度以及速度要求較高的領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)明顯,本課題針對(duì)目前串聯(lián)小型機(jī)械手的靈活性、以及穩(wěn)定性不足的地方,在國內(nèi)外學(xué)者以及本課題組研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一款工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域,基于3-RPSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的新型機(jī)械手,并深入研究。首先,本文對(duì)新型3-RPSR并聯(lián)機(jī)械手系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,自由度分析及數(shù)目計(jì)算;建立位置正解約束方程,采用封閉矢量環(huán)法快捷簡便的求解位置反解;采用數(shù)值計(jì)算法與編程工具M(jìn)atlab對(duì)機(jī)構(gòu)的位置正、反解的正確性進(jìn)行了三維仿真驗(yàn)證。第二,本文研究了新型3-RPSR并聯(lián)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能,包括奇異性、工作空間、靈巧度;研究得到當(dāng)并聯(lián)機(jī)械手位姿參數(shù)出現(xiàn)奇異位形時(shí),相互滿足的關(guān)系式;采用數(shù)值搜索法在SimMechanics模塊下,求解并聯(lián)機(jī)械手的工作空間;以雅可比矩陣條件數(shù)的倒數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),分析靈巧度在工作空間的分布及結(jié)構(gòu)參數(shù)。第三,對(duì)并聯(lián)機(jī)械手建模,在ADAMS虛擬樣機(jī)中,對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)進(jìn)行關(guān)鍵性能仿真分析;通過規(guī)劃反解的特定軌跡輸出Spline曲線函數(shù),逆向添加到驅(qū)動(dòng)電機(jī)中,仿真輸出動(dòng)平臺(tái)中心末端的正反解位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度變化曲線;然后對(duì)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行仿真,得到其末端動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行器有、無載荷的功率變化曲線,獲得機(jī)械手的瞬時(shí)特性。結(jié)論表明該機(jī)械手可以實(shí)現(xiàn)高速、高加速度的運(yùn)動(dòng)性能。第四,針對(duì)3-RPSR并聯(lián)機(jī)械手,進(jìn)行ADAMS/Simulink的聯(lián)合程序控制仿真分析。以并聯(lián)機(jī)械手的動(dòng)平臺(tái)執(zhí)行器作為控制對(duì)象,位置反解作為反向輸入,PID為控制器,輸出其仿真結(jié)果,并通過與Adams理論仿真值的擬合對(duì)比,得到基于PID控制的控制系統(tǒng)的結(jié)果誤差較小,證實(shí)了并聯(lián)機(jī)械手控制系統(tǒng)的可操作性好。
【關(guān)鍵詞】：并聯(lián)機(jī)械手 3-RPSR 運(yùn)動(dòng)學(xué) 動(dòng)力學(xué) 仿真分析
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP241
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 并聯(lián)機(jī)械手的研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 并聯(lián)機(jī)械手的應(yīng)用11-14
• 1.2.2 并聯(lián)機(jī)械手的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 本文選題創(chuàng)新點(diǎn)及主要研究內(nèi)容16-18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 2 新型并聯(lián)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析19-38
• 2.1 并聯(lián)機(jī)械手簡介及自由度計(jì)算19-20
• 2.1.1 并聯(lián)機(jī)械手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19-20
• 2.1.2 并聯(lián)機(jī)械手自由度計(jì)算20
• 2.2 并聯(lián)機(jī)械手位姿描述及坐標(biāo)變換20-24
• 2.2.1 并聯(lián)機(jī)械手位姿描述21-22
• 2.2.2 并聯(lián)機(jī)械手坐標(biāo)變換22-24
• 2.3 并聯(lián)機(jī)械手坐標(biāo)系建立24-25
• 2.4 并聯(lián)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析25-34
• 2.4.1 并聯(lián)機(jī)械手位置正解26-30
• 2.4.2 并聯(lián)機(jī)械手位置反解30-32
• 2.4.3 并聯(lián)機(jī)械手正反解計(jì)算實(shí)例32-34
• 2.5 并聯(lián)機(jī)械手加速度和速度模型34-37
• 2.6 本章小結(jié)37-38
• 3 新型 3-RPSR并聯(lián)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)性能研究38-59
• 3.1 機(jī)構(gòu)奇異性分析38-43
• 3.1.1 奇異位形的分類38-39
• 3.1.2 3-RPSR并聯(lián)機(jī)械手的奇異性分析39-42
• 3.1.3 奇異位形奇異實(shí)例求解及結(jié)論42-43
• 3.2 并聯(lián)機(jī)械手工作空間研究43-54
• 3.2.1 工作空間的影響因素44-45
• 3.2.2 并聯(lián)機(jī)械手工作空間的求解45-50
• 3.2.3 并聯(lián)機(jī)械手工作空間仿真與分析50-54
• 3.3 機(jī)構(gòu)靈巧度分析54-58
• 3.3.1 靈巧度性能指標(biāo)55
• 3.3.2 并聯(lián)機(jī)械手靈巧度分析55-58
• 3.4 本章小結(jié)58-59
• 4 新型 3-RPSR并聯(lián)機(jī)械手的虛擬樣機(jī)仿真59-74
• 4.1 引言59-60
• 4.2 ADAMS軟件創(chuàng)建并聯(lián)機(jī)械手的虛擬樣機(jī)60-63
• 4.3 基于歐拉角的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析63-69
• 4.3.1 位置反解驗(yàn)證64-65
• 4.3.2 位置正解驗(yàn)證65-69
• 4.4 基于多剛體系統(tǒng)拉格朗日方程動(dòng)力學(xué)仿真分析69-73
• 4.5 本章小結(jié)73-74
• 5 新型 3-RPSR并聯(lián)機(jī)械手的控制系統(tǒng)仿真74-82
• 5.1 引言74
• 5.2 機(jī)械手控制方法74-76
• 5.3 基于PID控制的控制系統(tǒng)仿真模型的建立76-79
• 5.3.1 ADAMS與MATLAB的聯(lián)合控制仿真76-77
• 5.3.2 PID控制器的參數(shù)整定方法77-78
• 5.3.3 建立基于PID控制系統(tǒng)仿真模型78-79
• 5.4 基于PID控制的控制系統(tǒng)仿真結(jié)果分析79-81
• 5.5 本章小結(jié)81-82
• 6 總結(jié)與展望82-84
• 6.1 全文總結(jié)82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-90
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果90-91
• 致謝91-92

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1126756