并联六自由度液压平台的设计与分析

发布时间：2017-07-25 22:04

  本文关键词：并联六自由度液压平台的设计与分析

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【摘要】：与串联机器人相比,六自由度并联机器人具有刚度大、累积误差小、承载高等一系列优点,而被广泛运用于工业生产、科学实验等领域。本文以与企业合作并联六自由度液压平台为基础,完成对六自由度液压平台的理论分析,根据技术参数完成平台机构、液压、控制部分的分析和设计,并研制出实验平台,具体内容如下：分别建立了并联六自由度液压平台的运动学和动力学的数学模型,通过矩阵法建立了平台运动学模型,拉格朗日法建立平台动力学模型,根据技术指标设计平台的结构尺寸,用PRO/E构造平台三维模型,最后通过ADAMS模型仿真与MATLAB数学分析结果,验证了运动学数学模型的正确性以及模型的合理性,并通过动力学仿真确定了液压系统设计所需的最大驱动力：在运动学基础上运用三维边界搜索法结合MATLAB编程分析了平台定姿态工作空间。对六自由度液压平台的液压系统进行理论分析与设计,确定了系统驱动方式、系统能源和控制方式,绘制了液压系统原理图,并对液压系统的主要元部件进行了设计计算与选型。运用AMESim对并联六自由度液压平台的液压系统进行了建模。考虑伺服阀对液压伺服系统性能的影响,对伺服阀进行参数设置,并进行测试,得到了与实际接近的电液伺服阀特性参数；建立ADMAS机构模型与AMESim液压系统模型的联合仿真模型,采用传统PID控制策略,使动平台上分别以不同频率的正弦信号运动,观察联合仿真模型在不同频率下的响应特性。根据液压运动平台的工作原理,进行硬件结构设计以及相应硬件的选型,并给出了主要控制元件的电气原理图；根据平台控制原理以及控制过程进行软件系统设计,使用VB设计上位机人机控制界面,使用ISAGRAF完成下位机控制器的运动控制,并对实际搭建的运动平台进行运动控制试验,与仿真模型进行对比,验证了本文所确定的仿真模型的合理性与工程实用性。
【关键词】：并联机构 六自由度 液压伺服 联合仿真
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137;TP273
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 课题来源和研究意义15
• 1.2 并联六自由度机器人简介15-16
• 1.3 并联六自由度平台在国内外的发展与应用16-21
• 1.3.1 并联六自由度平台的应用18-19
• 1.3.2 并联六自由度运动平台的理论研究19-21
• 1.4 论文的主要研究内容21-22
• 第二章 并联六自由度平台的运动学和动力学分析22-44
• 2.1 机构的位置分析22-23
• 2.2 运动学分析23-28
• 2.2.1 运动学反解23-26
• 2.2.2 运动学正解26-28
• 2.3 平台动力学分析28-32
• 2.3.1 动平台的动能和势能29-30
• 2.3.2 驱动杆的动能和势能30-32
• 2.4 并联运动平台的机构设计32-33
• 2.5 工作空间分析33-36
• 2.5.1 影响工作空间的因素34
• 2.5.2 定姿态工作空间34-36
• 2.6 六自由度运动平台运动学和动力学仿真36-43
• 2.6.1 三维运动模型的建立36-37
• 2.6.2 三维模型的导入37-39
• 2.6.3 运动学仿真39-41
• 2.6.4 动力学仿真41-43
• 2.7 本章总结43-44
• 第三章 六自由度平台液压伺服系统的设计44-56
• 3.1 运动平台驱动系统简介44
• 3.2 液压伺服系统的设计44-48
• 3.2.1 液压伺服系统油源的选择45-47
• 3.2.2 液压系统控制方式的选择47-48
• 3.3 液压伺服系统的设计与计算48-53
• 3.3.1 液压系统原理图设计48
• 3.3.2 液压缸的参数计算48-49
• 3.3.3 液压泵的参数计算49-51
• 3.3.4 伺服阀计算与选型51-53
• 3.4 液压伺服系统建模53-55
• 3.4.1 AMESim简介53
• 3.4.2 AMESim建模过程53-55
• 3.5 本章总结55-56
• 第四章 基于ADAMS与AMESIM联合仿真56-69
• 4.1 多学科联合仿真56-59
• 4.1.1 多学科建模简介56-57
• 4.1.2 联合仿真实现方案57
• 4.1.3 AMESim与ADAMS接口57-59
• 4.2 液压伺服阀的建模59-62
• 4.3 PID控制62-63
• 4.4 联合仿真63-68
• 4.4.1 联合仿真设置63-66
• 4.4.2 联合仿真试验66-68
• 4.5 本章总结68-69
• 第五章 并联六自由度平台控制系统设计69-81
• 5.1 液压平台控制系统的工作原理69-70
• 5.2 控制系统的硬件结构70-73
• 5.2.1 系统的控制原理70-71
• 5.2.2 控制器及相应模块选择71-73
• 5.3 控制系统的软件系统73-80
• 5.3.3 下位机软件74-75
• 5.3.4 上位机软件75-78
• 5.3.5 实时运动控制试验78-80
• 5.4 本章总结80-81
• 第六章 总结与展望81-83
• 6.1 总结81
• 6.2 展望81-83
• 参考文献83-87
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果87

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