高速并联机械手尺度参数优化与控制方法研究

发布时间：2022-07-03 14:34

　　本文密切结合食品、医药、电子包装分拣等领域对工业机器人的需求,研究一种由天津大学自主研发设计的可以实现三平动、一转动的高速并联机械手（Cross-IV机械手）的尺度优化设计和控制方法;主要从以下三方面拓展研究:运动学与刚体动力学建模、尺度参数优化、运动控制方法;以运动学与刚体动力学模型为基础,研究C4机械手尺度参数优化和高速、高精度抓放控制方法,并在实验样机上进行控制策略的验证,全文取得的成果如下:首先,在运动学、刚体动力学建模方面,利用矢量法搭建C4机械手运动学模型,基于虚功原理法搭建C4机械手完备刚体动力学模型,提出一种按照重力项、惯性力项、惯性力矩项将从动臂质量按三种分配系数折算到主动臂和动平台两端的方法,研究机械手的尺度参数轨迹参数等5个影响因子对简化方法精度的影响,以机械手完备与简化模型的四条支链对应力矩差的绝对值对时间积分求均值作为优化的目标函数,对比采用组合分配系数法与采用其他方法进行刚体动力学建模的精确度,为后续机械手尺度综合和动力学前馈控制方法提供理论依据。其次,根据已建立的C4机械手的运动学、刚体动力学模型,以间接雅克比矩阵行列式为依据,首先分析了C4机械手的一般链... 

【文章页数】：90 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
字母注释表
第一章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究状况
        1.2.1 运动学、动力学建模
        1.2.2 尺度参数优化设计
        1.2.3 动力学控制方法
    1.3 本文主要研究内容
第二章 运动学、刚体动力学建模
    2.1 引言
    2.2 系统描述
    2.3 运动学建模
    2.4 刚体动力学建模
        2.4.1 完备刚体动力学建模
        2.4.2 简化刚体动力学建模
    2.5 本章小结
第三章 尺度参数优化设计
    3.1 引言
    3.2 Cross-IV机械手空间压力角研究
        3.2.1 一般链内与链间压力角
        3.2.2 第二类链间压力角
    3.3 Cross-IV机械手运动学优化
        3.3.1 工作空间与设计变量
        3.3.2 运动学性能评价指标
        3.3.3 尺度约束
        3.3.4 压力角约束
        3.3.5 运动学优化目标函数
    3.4 Cross-IV机械手动力学优化
        3.4.1 简化刚体动力学模型
        3.4.2 动力学性能评价指标
        3.4.3 动力学优化目标函数
    3.5 优化实例分析
        3.5.1 运动学优化
        3.5.2 动力学优化
    3.6 本章小结
第四章 动力学控制方法与实验设计
    4.1 引言
    4.2 Cross-IV控制系统建模
        4.2.1 伺服系统建模
        4.2.2 等效转子惯量计算
    4.3 控制系统PID参数整定
        4.3.1 PID参数自整定系统设计
        4.3.2 基于GA法的PID参数自整定
    4.4 动力学控制系统设计
        4.4.1 单支链力矩前馈控制
        4.4.2 控制系统仿真与分析
    4.5力矩前馈控制实验
        4.5.1 实验对象
        4.5.2力矩前馈对比实验
    4.6 本章小结
第五章 全文总结
    5.1 结论
        5.1.1 简化刚体动力学模型
        5.1.2 尺度参数优化
        5.1.3动力学控制方法与样机实验
    5.2 工作展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]KINEMATIC DESIGN OF A RECONFIGURABLE MINIATURE PARALLEL KINEMATIC MACHINE[J]. D J Whitehouse.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2003(01)
[2]一种机器人鲁棒自适应控制法[J]. 焦晓红,李运锋,方一鸣,耿秋实.  机器人技术与应用. 2002(03)
[3]并联机床——机床行业面临的机遇与挑战[J]. 汪劲松,黄田.  中国机械工程. 1999(10)
[4]3－TRS型并联机器人的动力学研究[J]. 蔡胜利，白师贤.  机械科学与技术. 1996(01)



本文编号：3655052