【摘要】：并聯(lián)機(jī)器人具有高速、承載能力大的優(yōu)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)其機(jī)械臂的高精度控制是它走向應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一,而動(dòng)力學(xué)分析可以對(duì)機(jī)器人的控制提供理論依據(jù)。并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)建模相當(dāng)復(fù)雜,選擇合適的建模方法可有效地提高計(jì)算效率。本文以Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂為研究對(duì)象,基于旋量理論分析機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)、奇異位置,采用凱恩方程建立動(dòng)力學(xué)模型,計(jì)算并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂的主動(dòng)力與慣性力,開(kāi)展并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂動(dòng)力學(xué)仿真與實(shí)驗(yàn)分析。主要研究?jī)?nèi)容如下:1、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析:建立Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂結(jié)構(gòu)的三維模型,基于旋量理論構(gòu)建機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并分析其運(yùn)動(dòng)與位置;利用MATLAB中的SIMULINK模塊驗(yàn)證基于旋量理論的Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的正確性。2、雅可比矩陣與奇異分析:構(gòu)建Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂的雅可比矩陣,分析其奇異位置,并求出一定角度范圍的工作空間;利用指數(shù)積與螺旋運(yùn)動(dòng)分別求出Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂的雅可比矩陣,并用幾何解析法驗(yàn)證兩種方法所求得的雅可比矩陣。3、動(dòng)力學(xué)分析:結(jié)合旋量理論與凱恩方程的動(dòng)力學(xué)分析方法構(gòu)建Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)模型;計(jì)算各關(guān)節(jié)的速度、加速度、廣義主動(dòng)力與廣義慣性力;利用凱恩方法求得Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂的動(dòng)力學(xué)方程。4、基于RecurDyn的動(dòng)力學(xué)仿真與驗(yàn)證:基于RecurDyn軟件對(duì)Delta并聯(lián)機(jī)器人機(jī)械臂進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真,確定機(jī)器人在運(yùn)行時(shí)各關(guān)節(jié)的受力狀況與大小,模擬機(jī)器人的抓取(Pick-and-place)動(dòng)作,分析不同時(shí)刻各關(guān)節(jié)的位置、速度與加速度的變化情況;在實(shí)驗(yàn)樣機(jī)上對(duì)抓取動(dòng)作進(jìn)行實(shí)驗(yàn),對(duì)比實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與計(jì)算數(shù)據(jù),驗(yàn)證建模的正確性。本文通過(guò)旋量理論與凱恩方程能更加簡(jiǎn)便地建立Delta并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程,運(yùn)用MATLAB與RecurDyn等工程軟件,能模擬出設(shè)定的工作狀態(tài),對(duì)Delta并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)研究具有指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Parallel robot has the advantages of high speed and high bearing capacity. It is one of the key technologies to realize the high precision control of the robot arm, and dynamic analysis can provide the theoretical basis for the control of the robot. The dynamic modeling of parallel robot manipulator is very complicated, and the efficiency of calculation can be improved effectively by choosing appropriate modeling method. In this paper, the manipulator of Delta parallel robot is taken as the research object. Based on the spinor theory, the kinematics and singular position of the manipulator are analyzed. Kane's equation is used to establish the dynamic model, and the main force and inertia force of the manipulator are calculated. The dynamics simulation and experimental analysis of parallel robot manipulator are carried out. The main contents of this paper are as follows: 1. Kinematics analysis: the three-dimensional model of the manipulator structure of Delta parallel robot is established, the kinematics model of the manipulator is constructed based on spinor theory, and the motion and position of the manipulator are analyzed. Using SIMULINK module in MATLAB to verify the correctness of kinematics equation of Delta parallel manipulator based on spinor theory. Jacobian matrix and singularity analysis are used to construct Jacobian matrix of Delta parallel manipulator and analyze its singular position. The Jacobian matrix of Delta parallel manipulators is obtained by using exponential product and spiral motion respectively. The Jacobian matrix. 3 obtained by the two methods is verified by geometric analytic method. Dynamics analysis: combining spinor theory with dynamic analysis method of Kane equation, the dynamic model of Delta parallel robot manipulator is constructed, and the velocity of each joint is calculated. Acceleration, generalized main force and generalized inertial force, Kane's method is used to obtain the dynamic equation of Delta parallel robot manipulator .4. the dynamic simulation and verification based on RecurDyn are carried out. The dynamic simulation of Delta parallel robot manipulator is carried out based on RecurDyn software. In order to determine the force and size of each joint, to simulate the robot's Pick-and-place action, to analyze the position, velocity and acceleration of the joints at different times, and to test the grab action on the experimental prototype. The correctness of the model is verified by comparing the experimental data with the calculated data. In this paper, the dynamics equations of Delta parallel manipulators can be established more easily by spinor theory and Kane equation, and the dynamic equations of Delta parallel manipulators can be simulated by using engineering software such as MATLAB and RecurDyn, which is of guiding significance to the dynamics study of Delta parallel robots.
【學(xué)位授予單位】：中南林業(yè)科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

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