电液复合驱动柔索并联机器人导向装置设计、仿真分析与实验研究

发布时间：2018-10-17 14:05

【摘要】：本文依托国家自然科学基金“电液复合驱动模块化可重构柔索并联机器人动态耦合特性、控制技术及实验研究(51575150)”项目,基于模块化可重构柔索并联机器人平台,针对原有试验中伺服电机在牵引柔索运动过程中出现卡死、跳槽、振动、断裂等问题引起柔索牵引的末端执行器运动精度的降低以及振动的放大,本文设计一种电液复合驱动柔索并联机器人导向装置,并完成该装置的三维模型构建、运动学分析、导向装置动力分析、传感器采集监控系统设计,并开展实验研究,本文完成的主要工作如下:1.介绍了电液复合驱动柔索并联机器人的机械结构,并对柔索导向装置进行详细阐述,通过对导向装置机械结构进行优化和创新设计,给出一种能够实现柔索动态导向、柔索长度、姿态以及柔索内部张力的实时检测的方案,设计了一种电液复合驱动柔索并联机器人导向装置,并完成该装置三维模型的构建和运动学分析。2.完成了电液复合驱动柔索并联机器人的adams动力学模型,加载Matlab避障仿真中导出的柔索伸缩、导向装置环形运动的驱动数据,完成adams动力学仿真分析并将仿真轨迹和初始的避障轨迹进行对比,分析出对比偏差可能的诸多原因,另外仿真分析出柔索张力变化与末端执行器的运动变化,并分析出对应的内在关系。3.完成对电液复合驱动柔索并联机器人控制检测系统的硬件和软件的整体配置。硬件的配置包括工控机、运动控制器、数据采集卡、拉力传感器、电机驱动器、伺服电机、拉力传感器等硬件的选型;软件的设计内容主要包括上位机的软件设计和传感器采集系统的设计。包括上位机开发软件的选择以及上位机通过运动控制器和数据采集卡完成对并联机器人各个电机的控制和各个传感器的联合数据采集。4.以电液复合驱动柔索并联机器人避障实验为基础,阐述了本电液复合驱动柔索并联机器人的基本组成部分,针对多功能模块化柔索导向装置开展实验动态检测、分析与验证,分别从柔索长度变化、导向装置旋转角度变化、柔索拉力数值变化以及拉力传感器对比应变片组传感器优劣四个方面开展具体的实验探究和验证。
[Abstract]:In this paper, based on the project of National Natural Science Foundation of China "dynamic coupling characteristics, control technology and experimental research of modularized reconfigurable flexible cable parallel robot with electro-hydraulic compound drive", the platform of modular reconfigurable flexible cable parallel robot is introduced. In view of the problems of gripping, job-hopping, vibration and breakage caused by the servo motor in the course of the traction cable motion in the original test, the motion precision of the end actuator of the flexible cable traction is reduced and the vibration is amplified. In this paper, we design a kind of electro-hydraulic compound drive flexible cable parallel robot guidance device, and complete the three-dimensional model construction, kinematics analysis, dynamic analysis of the guide device, sensor acquisition and monitoring system design, and carry out experimental research. The main work of this paper is as follows: 1. This paper introduces the mechanical structure of the parallel robot with electro-hydraulic compound driving flexible cable, and expounds in detail the guiding device of the flexible cable. By optimizing and innovating the mechanical structure of the guide device, a kind of flexible cable dynamic guidance is given. In this paper, a real-time detection scheme of cable length, attitude and internal tension is presented. An electro-hydraulic hybrid driven parallel robot guidance device is designed, and the 3D model of the device is constructed and kinematic analysis is completed. 2. The adams dynamic model of electro-hydraulic hybrid driven flexible cable parallel robot is completed, and the driving data of loop motion of flexible cable and guide device are loaded in the simulation of Matlab obstacle avoidance. The adams dynamics simulation analysis is completed and the simulation trajectory is compared with the initial obstacle avoidance trajectory, and many possible reasons for the contrast deviation are analyzed. In addition, the cable tension changes and the end actuator motion changes are analyzed by simulation. And analysis of the corresponding internal relationship. 3. The hardware and software of the control and detection system of the parallel robot with electro-hydraulic compound driving flexible cable are completed. Hardware configuration includes industrial control computer, motion controller, data acquisition card, pull sensor, motor driver, servo motor, pull force sensor and other hardware selection; The software design mainly includes the software design of upper computer and the design of sensor acquisition system. It includes the selection of host computer development software and the control of each motor of parallel robot and the joint data acquisition of each sensor by the upper computer through motion controller and data acquisition card. 4. Based on the obstacle avoidance experiment of the electro-hydraulic hybrid flexible cable parallel robot, the basic components of the electro-hydraulic hybrid drive flexible cable parallel robot are expounded. The dynamic test, analysis and verification of the multi-function modularized flexible cable guide device are carried out. Specific experiments were carried out from four aspects: the change of cable length, the rotation angle of the guide device, the numerical change of the tension force and the comparison of the strain gauge group sensor with the tension sensor.
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP242

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本文编号：2276909