面向多用途并联机械臂的研究与设计

发布时间：2017-10-17 10:17

  本文关键词：面向多用途并联机械臂的研究与设计

  更多相关文章： 6-HUS并联运动平台 运动学 动力学 工作空间 虚拟仿真 控制系统

【摘要】：并联机构以其运动精度高、承载能力强、刚度质量比大、速度响应快与结构稳定等特点,在并联机床(PKM)、运动模拟器、工业与医疗机器人等众多技术领域得到了越来越广泛的应用。鉴于串联机构难以实现复杂的空间曲面轨迹运动,本文提出了一种应用在沿空间曲线及曲面进行作业的6-HUS并联运动平台,并对其运动学、动力学、工作空间、虚拟仿真以及控制系统等方面进行了相关的分析与研究,主要研究内容如下：首先,对6-HUS并联运动平台的结构模型进行了简要的介绍,采用空间矢量法建立了该并联运动平台的运动学方程。通过空间矢量法与直接求导法建立了6-HUS并联运动平台动平台与丝杠滑块之间的速度映射关系,推导出了由丝杠滑块向动平台映射的速度Jacobian矩阵与加速度Hessian矩阵。其次,在6-HUS并联运动平台相关结构进行简化分析的基础上,采用Lagrange法,结合虚功原理建立了该并联运动平台的动力学方程,基于Matlab软件对给定的动力学算例进行理论数值计算,得到各丝杠滑块的驱动力曲线,为动力学仿真分析给出了参照依据。再次,基于6-HUS并联运动平台的运动学位置反解,结合工作空间的约束条件,采用极限边界数值搜索算法对该并联运动平台的工作空间进行搜索,利用Matlab软件绘制出了该并联运动平台在不同姿态参数下的位置工作空间,实现了对工作空间的可视化分析。然后,采用SolidWorks软件创建6-HUS并联运动平台虚拟样机,基于ADAMS软件对该虚拟样机进行仿真分析,仿真结果验证了第二章、第三章建立的运动学与动力学方程是正确的。最后,基于LINUXCNC开放式数控系统对6-HUS并联运动平台的控制系统进行了设计,实现了对该并联运动平台的运动控制。
【关键词】：6-HUS并联运动平台 运动学 动力学 工作空间 虚拟仿真 控制系统
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-20
• 1.1 课题研究背景与实践意义9-10
• 1.2 并联机构发展概述10-16
• 1.2.1 并联机构发展现状10-15
• 1.2.2 并联机构发展趋势15-16
• 1.3 并联机构相关领域研究现状16-18
• 1.3.1 运动学16-17
• 1.3.2 动力学17-18
• 1.3.3 工作空间18
• 1.4 论文主要研究内容18-20
• 2 6-HUS并联运动平台运动学分析20-34
• 2.1 引言20
• 2.2 6-HUS并联运动平台运动学基础20-24
• 2.2.1 结构简述20-21
• 2.2.2 坐标变换描述21-24
• 2.2.2.1 平移变换21-22
• 2.2.2.2 旋转变换22-23
• 2.2.2.3 复合变换23-24
• 2.2.2.4 齐次变换24
• 2.3 6-HUS并联运动平台位置分析24-26
• 2.4 6-HUS并联运动平台速度与加速度分析26-32
• 2.4.1 速度与速度Jocobian矩阵分析26-31
• 2.4.2 加速度与加速度Hessian矩阵分析31-32
• 2.5 Matlab数值计算32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 3 6-HUS并联运动平台动力学分析34-42
• 3.1 引言34
• 3.2 动力学建模34-40
• 3.2.1 6-HUS并联运动平台动能分析35-37
• 3.2.1.1 动平台动能分析35-36
• 3.2.1.2 丝杠滑块动能分析36-37
• 3.2.2 并联运动平台势能分析37
• 3.2.2.1 动平台势能分析37
• 3.2.2.2 丝杠滑块势能分析37
• 3.2.3 系统动力学方程的建立37-40
• 3.3 Matlab数值计算40-41
• 3.3.1 平动算例计算40
• 3.3.2 转动算例计算40-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 6-HUS并联运动平台工作空间分析42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 工作空间约束条件分析42-45
• 4.2.1 丝杠行程约束分析42-43
• 4.2.2 运动副转角约束分析43-44
• 4.2.2.1 球铰约束分析44
• 4.2.2.2 万向铰约束分析44
• 4.2.3 杆件之间的干涉分析44-45
• 4.3 工作空间分析45-51
• 4.3.1 工作空间的确定方法45-47
• 4.3.2 Matlab数值计算47-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 6-HUS并联运动平台虚拟样机建模与仿真分析52-63
• 5.1 引言52-53
• 5.2 6-HUS并联运动平台虚拟样机建模53-55
• 5.3 6-HUS虚拟样机仿真分析55-62
• 5.3.1 运动学仿真分析55-58
• 5.3.2 动力学仿真分析58-62
• 5.4 本章小结62-63
• 6 6-HUS并联运动平台控制系统设计63-75
• 6.1 引言63
• 6.2 硬件系统设计63-67
• 6.2.1 硬件系统架构分析63-64
• 6.2.2 硬件系统各组成部分的选取64-67
• 6.2.2.1 上位机的选取64-65
• 6.2.2.2 多轴运动控制卡的选取65-66
• 6.2.2.3 交流伺服装置的选取66-67
• 6.2.2.4 辅助部件的选取67
• 6.3 软件系统设计67-74
• 6.3.1 软件系统架构分析67-68
• 6.3.2 LINUXCNC模块分析与设计68-74
• 6.3.2.1 图形用户界面(GUI)模块分析及其设计68-70
• 6.3.2.2 任务控制器(EMCTASK)模块分析70-71
• 6.3.2.3 运动控制器(EMCMOT)模块分析及其设计71-72
• 6.3.2.4 离散的I/O控制器(EMCIO)模块分析72-73
• 6.3.2.5 LINUX与WINDOWS系统通信设计73-74
• 6.4 本章小结74-75
• 7 结论与展望75-76
• 参考文献76-80
• 个人简介80-81
• 导师简介81-82
• 获得成果目录82-83
• 致谢83

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本文编号：1048275