平面并联机构运动控制和解耦问题的研究

发布时间：2020-08-26 00:37

【摘要】： 并联机构是机构学一个新的分支,其简单的结构、独特的刚度、超强的承载能力和良好的动态特性等优点使其受到广泛的关注和研究,并在航空航天、天文气象、重型工业机器人和医疗设备等关键领域和行业得到了应用。强耦合非线性的并联机构运动控制复杂,难于推广使用。因此,使其线性化和运动解耦,成为并联机构应用亟待解决的问题。针对已知主动件位姿求解某从动件位姿的运动分析问题,建立了三轴平面并联机构的运动正解模型,应用数学机械化的思想、双步QR方法分解和机构运动连续性条件求解了正解问题,并给出了并联机构正解模型的求解流程。三轴平面并联机构为Ⅲ级机构,针对其已知某从动件位姿求解主动件位姿的轨迹控制问题,将该并联机构降阶为三个低阶的Ⅱ级杆组,通过综合Ⅱ级杆组的奇异性来研究三轴并联机构轨迹控制问题。这种分解后再综合的分析方法避开了高阶Ⅲ级杆组分析的复杂性,得到了简单而有效的轨迹控制算法。机构的运动解耦是并联机构运动控制中亟待解决的问题。应用现代控制理论中相对放大系数法,提出了机构运动耦合度的定义,建立了机构结构解耦的优化模型。通过对该模型求解确定机构的构件尺寸参数,从而消除或弱化机构的运动耦合度,同时给出了机构结构解耦设计的一般方法。设计了三轴平面并联机构实验平台,依据运动正解算法和轨迹控制算法编写了控制软件,验证了并联机构运动正解算法和轨迹控制算法。
【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】：2008
【分类号】：TH112
【图文】：

串联机构,平面机构,并联机构,广泛应用

前在数控机床上广泛应用的平面机构，是一个串联机构，它具有与图 1-1 (b)中的机构完全相同的自由度。图1-1 各种机构的比较Fig 1.1 Different Types Of Mechanism图 1-1 中的串联机构与并联机构在应用中各具特色，表 1-1 对它们的优

正解,并联机构,运动模型,三轴

图 2-1 三轴并联机构正解运动模型简图 2-1 Direct Kinematics Model Of Three-Axis Planar Parallel Mech2-3)~(2-6)是关于图 2-1 三轴并联机构的位置方程组。、2q 、3q 数值，就能够求解出1a 、2a 、3a 和4a 值，从置状态。方程组的简化)和式(2-4)联立消去3a ，式(2-5)和式(2-6)联立消去2a ，1 1sinaS = a1 1cosaC = a4 4sinaS = a4 4cosaC = a1 1 1 1 3 3 32 ( sin sin )yk = ro Dr q Dr q O2 2 3 3 1 1 31 1 3 32 (sin cos sin cos sincos sin 3sin cos cos )xyk ri Dr q Dr q ODr q Dr q Oβ β ββ β β= + + 2 ( cos cos )k = ro Dr q Dr q O

基本杆组,正号

图 2-2 RRR 基本杆组简图Fig 2-2 Sketch Of RRR Assur Group立位置方程cos cossin sinC B i i D j jC B i i D j jX X l X lY Y l Y lθ θθ θ = + = + = + = + 02 ( )i D BA = l X X02 ( )i D BB = l Y Y2 2 20 i BD jC = l + l l2 2( ) ( )BD D B D Bl = X X + Y Y)代入式(2-62)，求解得2 2 210 0 0 00 02 tan ( )iB A B CA Cθ + + =+线BD 左侧时式(2-67)取正号，否则取负号。构的装配，RRR杆组必须满足式(2-68)和式(2-6l ≤ l + l

【引证文献】