基于旋量理论的Delta并联机器人机械臂动力学分析与仿真

发布时间：2018-08-23 15:09

【摘要】：并联机器人具有高速、承载能力大的优点,实现其机械臂的高精度控制是它走向应用的关键技术之一,而动力学分析可以对机器人的控制提供理论依据。并联机器人机械臂的动力学建模相当复杂,选择合适的建模方法可有效地提高计算效率。本文以Delta并联机器人机械臂为研究对象,基于旋量理论分析机械臂的运动学、奇异位置,采用凯恩方程建立动力学模型,计算并联机器人机械臂的主动力与惯性力,开展并联机器人机械臂动力学仿真与实验分析。主要研究内容如下:1、运动学分析:建立Delta并联机器人机械臂结构的三维模型,基于旋量理论构建机械臂的运动学模型,并分析其运动与位置;利用MATLAB中的SIMULINK模块验证基于旋量理论的Delta并联机器人机械臂运动学方程的正确性。2、雅可比矩阵与奇异分析:构建Delta并联机器人机械臂的雅可比矩阵,分析其奇异位置,并求出一定角度范围的工作空间;利用指数积与螺旋运动分别求出Delta并联机器人机械臂的雅可比矩阵,并用几何解析法验证两种方法所求得的雅可比矩阵。3、动力学分析:结合旋量理论与凯恩方程的动力学分析方法构建Delta并联机器人机械臂的动力学模型;计算各关节的速度、加速度、广义主动力与广义惯性力;利用凯恩方法求得Delta并联机器人机械臂的动力学方程。4、基于RecurDyn的动力学仿真与验证:基于RecurDyn软件对Delta并联机器人机械臂进行动力学仿真,确定机器人在运行时各关节的受力状况与大小,模拟机器人的抓取(Pick-and-place)动作,分析不同时刻各关节的位置、速度与加速度的变化情况;在实验样机上对抓取动作进行实验,对比实验数据与计算数据,验证建模的正确性。本文通过旋量理论与凯恩方程能更加简便地建立Delta并联机器人动力学方程,运用MATLAB与RecurDyn等工程软件,能模拟出设定的工作状态,对Delta并联机器人的动力学研究具有指导意义。
[Abstract]:Parallel robot has the advantages of high speed and high bearing capacity. It is one of the key technologies to realize the high precision control of the robot arm, and dynamic analysis can provide the theoretical basis for the control of the robot. The dynamic modeling of parallel robot manipulator is very complicated, and the efficiency of calculation can be improved effectively by choosing appropriate modeling method. In this paper, the manipulator of Delta parallel robot is taken as the research object. Based on the spinor theory, the kinematics and singular position of the manipulator are analyzed. Kane's equation is used to establish the dynamic model, and the main force and inertia force of the manipulator are calculated. The dynamics simulation and experimental analysis of parallel robot manipulator are carried out. The main contents of this paper are as follows: 1. Kinematics analysis: the three-dimensional model of the manipulator structure of Delta parallel robot is established, the kinematics model of the manipulator is constructed based on spinor theory, and the motion and position of the manipulator are analyzed. Using SIMULINK module in MATLAB to verify the correctness of kinematics equation of Delta parallel manipulator based on spinor theory. Jacobian matrix and singularity analysis are used to construct Jacobian matrix of Delta parallel manipulator and analyze its singular position. The Jacobian matrix of Delta parallel manipulators is obtained by using exponential product and spiral motion respectively. The Jacobian matrix. 3 obtained by the two methods is verified by geometric analytic method. Dynamics analysis: combining spinor theory with dynamic analysis method of Kane equation, the dynamic model of Delta parallel robot manipulator is constructed, and the velocity of each joint is calculated. Acceleration, generalized main force and generalized inertial force, Kane's method is used to obtain the dynamic equation of Delta parallel robot manipulator .4. the dynamic simulation and verification based on RecurDyn are carried out. The dynamic simulation of Delta parallel robot manipulator is carried out based on RecurDyn software. In order to determine the force and size of each joint, to simulate the robot's Pick-and-place action, to analyze the position, velocity and acceleration of the joints at different times, and to test the grab action on the experimental prototype. The correctness of the model is verified by comparing the experimental data with the calculated data. In this paper, the dynamics equations of Delta parallel manipulators can be established more easily by spinor theory and Kane equation, and the dynamic equations of Delta parallel manipulators can be simulated by using engineering software such as MATLAB and RecurDyn, which is of guiding significance to the dynamics study of Delta parallel robots.
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 赵新华,张晓;三角平台并联机器人运动学参数识别[J];天津理工学院学报;2000年02期

2 赵新华;并联机器人精度分析与综合研究取得突破[J];天津科技;2005年01期

3 刘善增;余跃庆;杜兆才;杨建新;;并联机器人的研究进展与现状(连载)[J];组合机床与自动化加工技术;2007年08期

4 陈峰;耿永锋;;6-6型绳牵引并联机器人的方位空间研究[J];南京理工大学学报(自然科学版);2007年06期

5 刘辰;赵升吨;;并联机器人结构及驱动方式合理性的探讨[J];机械科学与技术;2013年06期

6 ;中国首个3D打印并联机器人在重庆诞生[J];机械工程师;2014年01期

7 ;中国首个3D打印并联机器人研制成功 成本仅十万元[J];自动化博览;2013年12期

8 ;重庆设计出3D打印并联机器人[J];机器人技术与应用;2013年06期

9 赵铁石,黄真;欠秩空间并联机器人输入选取的理论与应用[J];机械工程学报;2000年10期

10 曹清林,岑向东,杨玉萍,沈世德;一种线性平面并联机器人机械系统的设计[J];南通工学院学报;2000年S1期

相关会议论文 前10条

1 贺利乐;段志善;;并联机器人的动态性能及控制方法的研究现状与展望[A];振动利用技术的若干研究与进展——第二届全国“振动利用工程”学术会议论文集[C];2003年

2 高峰;;并联机器人应用及其机构的创新[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

3 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

4 陈文家;陈书宏;赵明扬;;一种用于加工的新型4自由度并联机器人[A];2001年中国智能自动化会议论文集（上册）[C];2001年

5 王志峰;吴强;王占林;付永领;;离散微分跟踪器应用于并联机器人单通道控制[A];中国航空学会液压气动专业2005年学术讨论会论文集[C];2005年

6 王志峰;吴强;王占林;付永领;;离散微分跟踪器应用于并联机器人单通道控制[A];中国航空学会控制与应用第十二届学术年会论文集[C];2006年

7 杨廷力;金琼;刘安心;沈惠平;姚芳华;;基于单开链单元的两平移两转动输出并联机器人机型设计[A];第十三届全国机构学学术研讨会论文集[C];2002年

8 张旭;裴忠才;;液压6自由度并联机器人的控制系统研究[A];第五届全国流体传动与控制学术会议暨2008年中国航空学会液压与气动学术会议论文集[C];2008年

9 郭希娟;黄真;;并联机器人加速度的各向同性[A];第十二届全国机构学学术研讨会论文集[C];2000年

10 张建明;王宁;王树青;;使用模糊转换器的神经元非模型控制及在液压并联机器人中的应用[A];1998年中国控制会议论文集[C];1998年

相关重要报纸文章 前2条

1 记者 周芹 张亦筑;我市研发出国内首台3D打印并联机器人[N];重庆日报;2013年

2 记者 王阳;“并联机器人”研发形成体系[N];上海科技报;2014年

相关博士学位论文 前10条

1 苏宇;绳牵引并联机器人的力学分析与性能优化[D];西安电子科技大学;2014年

2 刘鹏;柔索牵引并联机器人力学分析及稳定性评价[D];西安电子科技大学;2015年

3 陈正升;高速轻型并联机器人集成优化设计与控制[D];哈尔滨工业大学;2016年

4 刘胜;平面3-(?)RR并联机器人自激振动分析与工作模式转换研究[D];华南理工大学;2016年

5 柯丰恺;面向机器人的多目视觉检测算法研究及系统实现[D];华中科技大学;2016年

6 刘善增;三自由度空间柔性并联机器人动力学研究[D];北京工业大学;2009年

7 李艳;二自由度冗余驱动并联机器人的动力学建模及控制研究[D];山东大学;2010年

8 李海虹;一种含柔性杆件的高速并联机器人优化设计方法研究[D];天津大学;2009年

9 刘欣;两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究[D];西安电子科技大学;2009年

10 李艳文;几类空间并联机器人的奇异研究[D];燕山大学;2005年

相关硕士学位论文 前10条

1 陈美钰;平面五杆并联机器人动力学特性与控制系统研究[D];北京工商大学;2010年

2 黄伟明;基于3-RRRT并联机器人的少自由度并联机构的研究[D];天津理工大学;2015年

3 焦亚彤;6自由度3支链并联机器人的工作空间分析[D];河北大学;2015年

4 宋婷;二自由度冗余驱动并联机器人动态控制研究[D];长安大学;2015年

5 陈景礼;3-PCR并联机器人运动仿真与精度分析[D];河北工程大学;2015年

6 李楠;名优绿茶并联采摘机器人控制系统研究[D];南京林业大学;2015年

7 马同;3-PSP并联机器人的位姿测量与控制系统研究[D];浙江大学;2015年

8 胡如方;并联机器人动力学参数测试方法及实验验证[D];安徽工程大学;2015年

9 曾继涛;一种三自由度快速并联机器人的结构设计及系统仿真研究[D];电子科技大学;2015年

10 刘丽;六自由度并联机器人轨迹生成及实验研究[D];长春理工大学;2015年

，

本文编号：2199442