平面二自由度冗余并联机器人研究
本文选题：并联机器人 + 运动学分析 ； 参考：《新疆大学》2017年硕士论文
【摘要】：并联机器人凭借其精度高、承载能力强、刚度大等优点在工业中得到了广泛的应用。冗余驱动的引入使得并联机器人能够增大有效的工作空间,强化其关节驱动力。然而由于并联机器人复杂的机械结构,使得其运动学与动力学性能分析难度增大。本文以一个平面二自由度冗余并联机器人为研究对象,从运动学分析、运动学标定、动力学建模以及控制器设计等方面对其展开研究。基于平面二自由度冗余并联机器人的模型,本文先对其进行运动学模型建立。通过模型来分别推导出并联机器人的运动学正反解问题。同时,考虑到通常情况下并联机构的运动学正解要更难求得,因此提出引入神经网络的思路来解决该问题,并对并联机构的正向运动学求解做MATLAB仿真分析。在实际应用中,为了更好的发挥并联机器人高精度的优势,需要对其进行标定。本论文提出将智能优化算法与研究对象进行结合的思路,对其运动学的各个参数进行标定,并在MATLAB上做出了仿真以及数据对比分析。研究了平面二自由度冗余并联机器人的动力学问题。选用拉格朗日法首先将研究对象从并联机器人拆分成串联机器人后再进行动力学建模,最后经过推导得出其动力学各个微分方程,为控制器设计奠定基础。结合对平面二自由度冗余并联机器人的动力学分析,设计了一款基于动力学的模糊自适应控制器。为了对比动力学控制器的轨迹追踪效果,又设计了一款基于运动学的PD(比例微分)控制器。通过对上述两种控制器的控制率进行设计,并在Simulink上进行控制器模型的搭建,通过追踪相同的运动路径对两个控制器的结果进行分析,得到运动学控制器与动力学控制器不同的控制效果与精度。
[Abstract]:Parallel manipulators have been widely used in industry because of their high precision, high bearing capacity and high stiffness. The introduction of redundant drive enables parallel robot to increase its effective workspace and enhance its joint driving force. However, it is more difficult to analyze the kinematics and dynamics performance of parallel robot due to its complicated mechanical structure. In this paper, a planar two-degree-of-freedom redundant parallel robot is studied from the aspects of kinematics analysis, kinematics calibration, dynamic modeling and controller design. Based on the model of planar two degree of freedom redundant parallel robot, the kinematics model is established in this paper. The forward and inverse kinematic solutions of parallel manipulators are derived by the model. At the same time, considering that the forward kinematics solution of the parallel mechanism is more difficult to obtain, a neural network is proposed to solve the problem, and the forward kinematics solution of the parallel mechanism is analyzed by MATLAB simulation. In practical application, in order to give full play to the high precision of parallel robot, it is necessary to calibrate it. In this paper, the idea of combining the intelligent optimization algorithm with the research object is put forward, and the kinematics parameters are calibrated, and the simulation and data comparison are made on MATLAB. The dynamics of planar two-degree-of-freedom redundant parallel manipulators is studied. The Lagrangian method is used to divide the object of study from parallel robot into serial robot and then to model dynamics. Finally, the differential equations of dynamics are derived, which lays a foundation for controller design. A fuzzy adaptive controller based on dynamics is designed based on the dynamic analysis of planar two-degree-of-freedom redundant parallel robot. In order to compare the trajectory tracking effect of dynamic controller, a PD-based PD-based kinematics controller is designed. The control rate of the two controllers is designed, and the controller model is built on Simulink. The results of the two controllers are analyzed by tracing the same motion path. The control effect and precision of kinematics controller and dynamics controller are obtained.
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242
【参考文献】
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，本文编号：1933259
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