2-6UCU型串并联机构的虚拟分解控制

发布时间：2020-08-01 15:13

【摘要】：随着科学技术的不断发展,人们对于复杂的超自由度的机构的研究越来越多,串并联机构就是其中典型的代表。在一定程度上,串并联机构可以兼具串联机构和并联机构的优点,在一些特殊的场合有着独特的应用。但对于这种复杂机构的控制,特别是基于模型的高精度控制一直是研究的难点,著名学者朱文宏提出了一种面向复杂机器人的控制方式——虚拟分解控制,为实现串并联机构的精确控制提供了思路。本文首先对串并联机构和虚拟分解控制的基本做了简要的说明。然后根据虚拟分解控制的研究方法和串并联机构独特的结构特点,确定了串并联机构的虚拟分解方案。即利用模块化的虚拟分解思想,将串并联机构类比为串联机构进行虚拟分解,在将虚拟分解得到的并联机构子系统进行二次虚拟分解,从而确定了全文的整体研究思路。完成并联机构的虚拟分解是实现串并联机构虚拟分解的基础,目前,尚未有相关文献实现对并联机构的虚拟分解。所以,并联机构的虚拟分解成为了本文研究的一个重点。本文将虚拟分解控制的应用拓展到了并联机构领域,建立了并联机构完整的虚拟分解运动学和动力学模型,在这个过程中利用虚拟分解控制中提出的负载分配方法,结合牛顿欧拉法,解决了并联机构的负载分配问题,并给出了完整解析解。本文还利用Simulink搭建了系统的模型进行仿真,验证虚拟分解控制的有效性。为实现串并联机构的虚拟分解控制,本文借鉴串联机构的研究方法,利用牛顿迭代算法实现了串并联机构的运动学反解。再结合并联机构的虚拟分解控制方法,本文迅速地实现了串并联机构的虚拟分解控制。虽然串并联机构结构复杂,而且公式繁多,但是这种方式在思路上变得非常简单。建模完成之后,依然使用Simulink进行仿真,验证虚拟分解控制的有效性。最后,本文针对并联机构和串并联机构进行了相关实验,利用轨迹跟踪正弦响应来分析虚拟分解控制的实际控制效果,通过PID控制和虚拟分解控制的对比来说明虚拟分解控制的优越性。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112
【图文】：

图 1-1 PID 控制系统方块图对于精度要求不是那么高的应用场合，PID 控制可以满足要求。若要提高高重载机构的控制精度，必须考虑基于机构动力学模型的控制方法，如力矩控动力学前馈控制等。这些控制方法都是基于机构完整的动力学模型进行控制由于机构的动力学模型体现了机构内在的力与运动的关系，因而基于模型的

基于模型的控制系统方块图

图 1-3 串并联机械臂 图 1-4 人体躯干模型Gallardo 等[8]研究了一种串并联机构，其每一级由一个 3-RPS 机构构用螺旋理论解决了串并联机构的运动学问题。此后，Gallardo[9]又提出了余机械手，将之前两级模块串联发展到多级，其运动学以正向递推的形度与加速度使用螺旋理论解决，以此建立了超冗余机械手的运动学分析

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本文编号：2777631