3-PRRRR并联机器人的运动学建模与仿真

发布时间：2019-05-06 23:43

【摘要】：本文根据已经成型并应用的三平动3-PRRU并联机器人,提出了一种空间结构相对简单,无伴随运动的3-PRRRR并联机器人。基于3-PRRRR并联机器人的构造特点,利用软件matlab及其中集成的强大的算法工具箱模块,并对其运动学等理论进行了计算机仿真。除理论研究外,还利用现代辅助设计软件soildworks对其进行三维建模,并利用其中的Motion插件,对其运动学进行了一系列的模拟,再次验证了该3-PRRRR并联机器人机构存在的合理性及适用性,为少自由度并联机器人的理论研究奠定了一定的基础。本文的研究工作主要包括以下几个方面:(1)利用改进的Grubler Kutzbach-公式对本文提出的3-PRRRR并联机器人的自由度进行分析计算,对其支链进行合理的简化,利用D-H矩阵法为该3-PRRRR并联机器人建立数学模型,并利用该数学模型对3-PRRRR并联机器人进行位置反解的研究,并根据实际情况对反解进行筛选,得到符合实际要求的几组反解,并使用matlab仿真软件对该理论算法采用不同的算例进行仿真计算,验证其正确性。(2)运用D-H方法建立了3-PRRRR并联机器人的运动学方程,并根据其运动学方程,构造3-PRRRR并联机器人的运动学正解方程,并根据此方程利用matlab软件中自带的遗传算法工具箱,将并联机器人的运动学正解问题转化为优化问题,并将正解和反解进行相互印证,证明了遗传算法在求解这类问题中的优势所在及所建立的3-PRRRR并联机器人正解模型的正确性。(3)根据3-PRRRR并联机器人的特有的空间结构特点,选用雅各比矩阵法对其奇异位形进行分析,利用速度雅各比矩阵建立该并联机器人奇异位形的判别式,分析了在何种条件下该3-PRRRR并联机器人将达到奇异位型。(4)根据3-PRRRR并联机器人的反解方程,选用蒙特卡洛法得到该3-PRRRR并联机器人的工作空间,并利用matlab快速的计算功能及绘图功能,将大致的工作空间绘制出直观的点阵图表示出来,从而得到该3-PRRRR并联机器人的工作空间的所有点在空间中集合的图像。并基于matlab平台,编写GUI,分析不同杆件尺寸是如何影响该3-PRRRR并联机器人的工作空间的。(5)利用solidworks对该3-PRRRR并联机器人进行三维造型建模,利用solidworks中集成的Motion插件对该3-PRRRR并联机器人的机构进行运动模拟,从而再次验证了对该3-PRRRR并联机器人运动学建模的合理性和正确性。
[Abstract]:According to the three-parallel 3-PRRU parallel robot which has been formed and applied, a kind of 3-PRRRR parallel robot with simple spatial structure and no concomitant motion is proposed in this paper. Based on the construction characteristics of 3-PRRRR parallel robot, this paper makes use of the software matlab and its integrated powerful algorithm toolbox module, and carries on the computer simulation to its kinematics theory and so on. In addition to the theoretical research, we also use the modern aided design software soildworks to carry on the three-dimensional modeling to it, and use the Motion plug-in it to carry on a series of simulation to its kinematics. The rationality and applicability of the 3-PRRRR parallel robot mechanism are verified again, which lays a certain foundation for the theoretical research of the parallel robot with less degrees of freedom. The research work in this paper mainly includes the following aspects: (1) using the improved Grubler Kutzbach- formula, the degree of freedom of the 3-PRRRR parallel robot proposed in this paper is analyzed and calculated, and the branch chain of the robot is reasonably simplified. The mathematical model of the 3-PRRRR parallel robot is established by using the DH matrix method, and the inverse position solution of the 3-PRRRR parallel robot is studied by using the mathematical model, and the inverse solution is screened according to the actual situation. Several groups of inverse solutions which meet the practical requirements are obtained, and the theoretical algorithm is simulated with different examples by using matlab simulation software to verify its correctness. (2) the kinematics equation of 3-PRRRR parallel robot is established by using DH method, and the simulation results are as follows: (1) the kinematics equation of 3-PRRRR parallel robot is established by using DH method. According to the kinematics equation, the forward kinematics solution equation of the 3-PRRRR parallel robot is constructed. According to this equation, the forward kinematics solution of the parallel robot is transformed into an optimization problem by using the genetic algorithm toolbox which is included in the matlab software. And corroborate the positive solution and the inverse solution to each other. The advantages of genetic algorithm in solving this kind of problems and the correctness of the forward solution model of 3-PRRRR parallel robot are proved. (3) according to the special spatial structure characteristics of 3-PRRRR parallel robot, The singular configuration of the parallel robot is analyzed by using the Yakubi matrix method, and the discriminant of the singular configuration of the parallel robot is established by using the velocity Yakubi matrix. The conditions under which the 3-PRRRR parallel robot will reach the singular bit type are analyzed. (4) according to the inverse solution equation of the 3-PRRRR parallel robot, the workspace of the 3-PRRRR parallel robot is obtained by using Monte Carlo method. By using the fast calculation function and drawing function of matlab, the approximate workspace can be represented by intuitionistic dot matrix graph, and the images of all points in the workspace of the 3-PRRRR parallel robot can be obtained. Based on matlab platform, GUI, is programmed to analyze how different bar sizes affect the workspace of the 3-PRRRR parallel robot. (5) the 3-PRRRR parallel robot is modeled by using solidworks in three-dimensional modeling. Using the integrated Motion plug-in solidworks to simulate the mechanism of the 3-PRRRR parallel robot, the rationality and correctness of the kinematics modeling of the 3-PRRRR parallel robot are verified again.
【学位授予单位】：天津理工大学
【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：2470590