本文關(guān)鍵詞：二自由度五桿機構(gòu)激光操作器軌跡規(guī)劃的控制設(shè)計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：并聯(lián)機器人是工業(yè)機器人的一個分支。與傳動的串聯(lián)機器人不同,并聯(lián)機器人的基座與末端執(zhí)行器之間具有環(huán)狀的閉鏈約束,使其具有運動慣量低、負載能力強、剛度大等優(yōu)點。避免了串聯(lián)機器人在關(guān)節(jié)處的誤差累積效應(yīng),從而使得并聯(lián)機器人逐漸成為機器人領(lǐng)域里的一個研究熱點。并聯(lián)機器人已經(jīng)廣泛運用于機床,機器人,力傳感器等領(lǐng)域。本文主要為激光操作器提供一個二自由度五桿操作器并聯(lián)機構(gòu)運動平臺,重點研究了二自由度五桿操作器控制系統(tǒng)。本設(shè)計主要研究內(nèi)容如下:(1)本設(shè)計首先對二自由度五桿操作器進行了數(shù)學建模,隨后對該數(shù)學模型進行了正、逆運動學分析求解,速度雅可比矩陣的求解和工作空間的計算。為后面上位機LabVIEW軟件機構(gòu)軌跡規(guī)劃和仿真做鋪墊。并對二自由度五桿操作器本體提出設(shè)計要求,并以此來設(shè)計總體方案和傳動方案。然后分析了該機構(gòu)在關(guān)節(jié)空間常用軌跡規(guī)劃方法。(2)本設(shè)計控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計了FPGA開發(fā)板的相關(guān)電路原理圖及其使用方式。詳細闡述了交流伺服電機和減速機的選型及其工作原理。為了實現(xiàn)對交流伺服電機的控制,專門為FPGA控制器設(shè)計了交流伺服電機轉(zhuǎn)接板。該轉(zhuǎn)接板將交流電機驅(qū)動器輸出的差分反饋信號轉(zhuǎn)換為單極信號輸入到FPGA控制板中。隨后還介紹了交流伺服電機的控制原理和控制方式。(3)本設(shè)計控制系統(tǒng)軟件部分首先介紹了Quartus II軟件對下位機代碼的設(shè)計流程。然后闡述了控制系統(tǒng)運動控制流程:FPGA開發(fā)板通過串口通信采集上位機LabVIEW軟件傳輸過來的信號,經(jīng)過下位機FPGA開發(fā)板的處理,轉(zhuǎn)換成交流伺服電機可以識別的脈沖信號和模擬電壓信號,控制交流伺服電機做出響應(yīng),使末端執(zhí)行器完成指定任務(wù)。并用Verilog HDL語言設(shè)計了伺服電機控制模塊,包括電平檢測模塊,串口通信波特率配置模塊,信號處理模塊和交流伺服電機的運動控制模塊。本設(shè)計更重要的是用LabVIEW軟件設(shè)計了上位機界面。在這個上位機界面內(nèi),完成直線規(guī)劃、圓弧規(guī)劃和工作空間的計算與仿真。并可以將計算后的數(shù)據(jù)通過串口輸出給FPGA開發(fā)板。本設(shè)計完成了對本體結(jié)構(gòu)的數(shù)學建模、正/逆運動學求解、軌跡規(guī)劃及其控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。經(jīng)過仿真實際驗證知,該設(shè)計系統(tǒng)有效可行。
【關(guān)鍵詞】：二自由度五桿機構(gòu) 運動學求解 軌跡規(guī)劃 控制系統(tǒng)
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題研究的背景及意義9-10
• 1.2 并聯(lián)機器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 研究內(nèi)容14-15
• 第2章 二自由度五桿操作器結(jié)構(gòu)設(shè)計15-36
• 2.1 二自由度五桿操作器運動學分析15-30
• 2.1.1 二自由度五桿操作器的數(shù)學模型的建立15
• 2.1.2 二自由度五桿的運動學理論概述15-20
• 2.1.3 二自由度五桿操作器正運動學的分析與求解20-22
• 2.1.4 二自由度五桿操作器逆運動學的分析與求解22-23
• 2.1.5 速度雅克比矩陣23-27
• 2.1.6 二自由度五桿操作器工作空間的計算27-30
• 2.2 二自由度五桿操作器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計30-35
• 2.2.1 二自由度五桿操作器機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求30
• 2.2.2 二自由度五桿操作器總體方案設(shè)計30-32
• 2.2.3 二自由度五桿操作器傳動方案設(shè)計32
• 2.2.4 末端執(zhí)行器上的激光操作器32
• 2.2.5 激光頭的介紹及其安裝32-33
• 2.2.6 激光驅(qū)動控制板的介紹33-35
• 2.3 本章小結(jié)35-36
• 第3章 二自由度五桿操作器軌跡規(guī)劃36-43
• 3.1 關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃36-40
• 3.1.1 三次多項式插值36-37
• 3.1.2 過路徑點的三次多項式插值37-39
• 3.1.3 高階多項式插值39
• 3.1.4 用拋物線過渡的線性插值39-40
• 3.2 關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃在激光打印領(lǐng)域的應(yīng)用40-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第4章 二自由度五桿操作器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計43-56
• 4.1 二自由度五桿操作器控制器FPGA開發(fā)板的研究44-47
• 4.2 二自由度五桿操作器驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計47-54
• 4.2.1 二自由度五桿操作器驅(qū)動方式的選取47-48
• 4.2.2 二自由度五桿操作器交流伺服電機及其減速機的選型48-50
• 4.2.3 二自由度五桿操作器交流伺服電機控制原理和控制方式50-54
• 4.3 二自由度五桿操作器控制系統(tǒng)硬件接線54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 二自由度五桿操作器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計56-74
• 5.1 基于FPGA的二自由度五桿操作器交流伺服電機控制56-64
• 5.1.1 伺服電機控制模塊的整體設(shè)計56-58
• 5.1.2 伺服電機控制模塊的VerilogHDL設(shè)計58-62
• 5.1.3 波形仿真驗證62-64
• 5.2 基于LABVIEW的二自由度五桿操作器上位機交互界面設(shè)計64-72
• 5.2.1 LabVIEW上位機界面設(shè)計64-72
• 5.3 本章小結(jié)72-74
• 第6章 總結(jié)和展望74-76
• 6.1 全文總結(jié)74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻76-79
• 致謝79-80
• 附錄 1：攻讀碩士學位期間發(fā)表學術(shù)論文目錄與專利情況80-81
• 附錄 2：攻讀碩士學位期間獲獎情況81

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