四自由度Delta并联机械手结构与控制系统研究

发布时间：2017-03-20 16:01

  本文关键词：四自由度Delta并联机械手结构与控制系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：半个多世纪以来,随着工业制造的要求,并联机械手得到了广泛的研究。相对于串联机械手,并联机械手具有运动精度高、结构刚度强、动力性能稳定等优点。国内对于Delta机械手的研究较国外相对落后,但Delta机械手作为主流的并联机械手,对其研究又迫在眉睫。在目前国内的研究中仍然存在一些应用上的难题,其主要集中在如下几个研究方面:运动学、工作空间、误差分析、轨迹规划、控制平台等。因此,本文以Delta并联机械手为研究对象,完成了以下几个方面的工作。(1)在已有的四自由度Delta机械手的基础上对其的结构做出了改进。结合代数和几何的方法推导出运动学正逆解公式,创新性的将运动学公式分解成三个球面簇方程组,并结合MATLAB软件编制出程序,做出了算例分析。(2)以研究工作空间为目的,利用雅可比矩阵和雅可比条件数,优化了Delta机构尺寸,求出了末端执行器速度与加速度的表达式,分析了机构的奇异性。并结合MATLAB软件对工作空间做出分析,利用分析结果对运动空间做出取舍与优化。(3)在进行轨迹规划时,基于“门字型”路径对工作路径做出了优化。引入超椭圆曲线,给出了运动路径的具体表达式。提出了修正梯形加速度曲线和多项式加速曲线,并将其做出对比。最后选择合理的加速曲线,对运动轨迹分段进行了插补规划。(4)将Delta机械手与国产控制平台相结合,在达到使用要求的前提下,利用国产平台成本低,易使用的优势,对控制系统做出了合理选型并给出了具体连接方案。综上所述,本文对四自由度Delta机械手结构做出创新改进,深入并优化了一套分析运动学、工作空间、轨迹规划的方法,并利用国产平台进行Delta机械手控制平台搭建。
【关键词】：Delta机械手 运动学 工作空间 轨迹规划 控制系统
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP241
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 引言8-18
• 1.1 研究目的及意义8-11
• 1.1.1 课题的来源8-9
• 1.1.2 研究的意义9-11
• 1.2 国内外Delta并联机械手发展现状11-15
• 1.2.1 国外Delta并联机械手的发展现状11-13
• 1.2.2 国内Delta并联机械手的发展现状13-15
• 1.3 相关理论及其研究现状15-17
• 1.4 本课题主要研究内容17-18
• 第2章 四自由度Delta机械手结构设计18-28
• 2.1 任务描述18-19
• 2.2 四自由度Delta并联机械手结构设计19-27
• 2.2.1 主动臂与从动臂设计21-23
• 2.2.2 中间旋转轴的设计23
• 2.2.3 运动保护装置设计23-24
• 2.2.4 末端执行器设计24-25
• 2.2.5 真空吸盘的选取25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 Delta机械手运动学分析28-37
• 3.1 四自由度并联机械手运动学逆解29-31
• 3.2 四自由度并联机械手运动学正解31-34
• 3.3 运动学算例分析34-35
• 3.4 本章小结35-37
• 第4章 四自由度Delta机械手工作空间分析37-51
• 4.1 影响因素37-39
• 4.2 雅可比矩阵39-42
• 4.3 Delta机械手的速度、加速度42
• 4.4 Delta机械手工作空间计算42-47
• 4.4.1 工作空间形成原理42-44
• 4.4.2 工作空间的边界44-45
• 4.4.3 算例分析45-47
• 4.5 Delta并联机构的奇异位置47-49
• 4.6 本章小结49-51
• 第5章 轨迹规划51-67
• 5.1 路径规划52-55
• 5.2 圆弧路径段轨迹规划55-59
• 5.3 加减速控制方法59-66
• 5.3.1 修正梯形加速曲线59-62
• 5.3.2 多项式模式分配方式62-64
• 5.3.3 轨迹插补点规划64-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第6章 Delta机械手的控制系统67-85
• 6.1 主要控制配件的选型67-77
• 6.1.1 伺服电机的扭矩与功率68
• 6.1.2 功率和转矩的计算68-70
• 6.1.3 伺服电机选型其它规则70-73
• 6.1.4 伺服驱动选型73
• 6.1.5 运动控制器选型73-75
• 6.1.6 端子板选型75-77
• 6.2 控制系统的连接与安装77-84
• 6.2.1 连接电机和驱动器78-79
• 6.2.2 伺服驱动和控制器与端子板的连接79
• 6.2.3 自动化控制器上电与通讯79-80
• 6.2.4 伺服驱动与端子板供电80-81
• 6.2.5 控制系统整体连接图81-84
• 6.3 本章小结84-85
• 第7章 总结与展望85-87
• 7.1 全文总结85-86
• 7.2 工作展望86-87
• 参考文献87-90
• 致谢90-91
• 附录：攻读硕士学位期间发表的学术论文目录与专利情况91
• 专利列表91

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