一种新型3-RPSR并联机械手的设计与研究

发布时间：2017-11-01 12:11

  本文关键词：一种新型3-RPSR并联机械手的设计与研究

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【摘要】：并联机械手相对串联机械手,在一些工作空间相对有限,而对精度和刚度以及速度要求较高的领域优势明显,本课题针对目前串联小型机械手的灵活性、以及稳定性不足的地方,在国内外学者以及本课题组研究的基础上,设计了一款工业机器人领域,基于3-RPSR并联机构的新型机械手,并深入研究。首先,本文对新型3-RPSR并联机械手系统进行结构分析,自由度分析及数目计算;建立位置正解约束方程,采用封闭矢量环法快捷简便的求解位置反解;采用数值计算法与编程工具Matlab对机构的位置正、反解的正确性进行了三维仿真验证。第二,本文研究了新型3-RPSR并联机械手的运动性能,包括奇异性、工作空间、灵巧度;研究得到当并联机械手位姿参数出现奇异位形时,相互满足的关系式;采用数值搜索法在SimMechanics模块下,求解并联机械手的工作空间;以雅可比矩阵条件数的倒数作为评价指标,分析灵巧度在工作空间的分布及结构参数。第三,对并联机械手建模,在ADAMS虚拟样机中,对其运动学及动力学进行关键性能仿真分析;通过规划反解的特定轨迹输出Spline曲线函数,逆向添加到驱动电机中,仿真输出动平台中心末端的正反解位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度变化曲线;然后对动力学进行仿真,得到其末端动平台执行器有、无载荷的功率变化曲线,获得机械手的瞬时特性。结论表明该机械手可以实现高速、高加速度的运动性能。第四,针对3-RPSR并联机械手,进行ADAMS/Simulink的联合程序控制仿真分析。以并联机械手的动平台执行器作为控制对象,位置反解作为反向输入,PID为控制器,输出其仿真结果,并通过与Adams理论仿真值的拟合对比,得到基于PID控制的控制系统的结果误差较小,证实了并联机械手控制系统的可操作性好。
【关键词】：并联机械手 3-RPSR 运动学 动力学 仿真分析
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 并联机械手的研究现状11-16
• 1.2.1 并联机械手的应用11-14
• 1.2.2 并联机械手的研究现状14-16
• 1.3 本文选题创新点及主要研究内容16-18
• 1.4 本章小结18-19
• 2 新型并联机械手的结构设计及运动学分析19-38
• 2.1 并联机械手简介及自由度计算19-20
• 2.1.1 并联机械手结构设计19-20
• 2.1.2 并联机械手自由度计算20
• 2.2 并联机械手位姿描述及坐标变换20-24
• 2.2.1 并联机械手位姿描述21-22
• 2.2.2 并联机械手坐标变换22-24
• 2.3 并联机械手坐标系建立24-25
• 2.4 并联机械手的运动学分析25-34
• 2.4.1 并联机械手位置正解26-30
• 2.4.2 并联机械手位置反解30-32
• 2.4.3 并联机械手正反解计算实例32-34
• 2.5 并联机械手加速度和速度模型34-37
• 2.6 本章小结37-38
• 3 新型 3-RPSR并联机械手的运动性能研究38-59
• 3.1 机构奇异性分析38-43
• 3.1.1 奇异位形的分类38-39
• 3.1.2 3-RPSR并联机械手的奇异性分析39-42
• 3.1.3 奇异位形奇异实例求解及结论42-43
• 3.2 并联机械手工作空间研究43-54
• 3.2.1 工作空间的影响因素44-45
• 3.2.2 并联机械手工作空间的求解45-50
• 3.2.3 并联机械手工作空间仿真与分析50-54
• 3.3 机构灵巧度分析54-58
• 3.3.1 灵巧度性能指标55
• 3.3.2 并联机械手灵巧度分析55-58
• 3.4 本章小结58-59
• 4 新型 3-RPSR并联机械手的虚拟样机仿真59-74
• 4.1 引言59-60
• 4.2 ADAMS软件创建并联机械手的虚拟样机60-63
• 4.3 基于欧拉角的运动学仿真分析63-69
• 4.3.1 位置反解验证64-65
• 4.3.2 位置正解验证65-69
• 4.4 基于多刚体系统拉格朗日方程动力学仿真分析69-73
• 4.5 本章小结73-74
• 5 新型 3-RPSR并联机械手的控制系统仿真74-82
• 5.1 引言74
• 5.2 机械手控制方法74-76
• 5.3 基于PID控制的控制系统仿真模型的建立76-79
• 5.3.1 ADAMS与MATLAB的联合控制仿真76-77
• 5.3.2 PID控制器的参数整定方法77-78
• 5.3.3 建立基于PID控制系统仿真模型78-79
• 5.4 基于PID控制的控制系统仿真结果分析79-81
• 5.5 本章小结81-82
• 6 总结与展望82-84
• 6.1 全文总结82-83
• 6.2 展望83-84
• 参考文献84-90
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果90-91
• 致谢91-92

【参考文献】

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本文编号：1126756