Tripod并联机器人运动学分析及运动控制研究

发布时间：2017-09-20 01:13

  本文关键词：Tripod并联机器人运动学分析及运动控制研究

  更多相关文章： 并联机器人 运动学 轨迹规划 电控系统 模糊PI

【摘要】：随着人口红利的减少,劳动力成本的增加,为提高产品质量和生产效率,工业机器人得到广泛应用。并联机器人具有高动态响应性、高刚度、高精度的优点,广泛用于食品、轻工和电子产品等行业,完成自动化分拣、抓取和包装等重复性操作。本文以运动控制为主线,从运动学分析、轨迹规划、电控系统和控制策略等方面对Tripod并联机器人进行研究。首先,在机构分析和自由度求解的基础上,建立坐标系,采用矢量代数法和数值法求解运动学位置逆解和位置正解;基于运动学方程,采用微分变换法,求解雅克比矩阵;基于运动学位置逆解的极限边界搜索法对机器人的可达工作空间进行简要分析。其次,对机器人轨迹规划理论进行深入研究,针对Tripod机器人的典型抓取作业,采用修正梯形加速度规律分别在笛卡尔直角空间和关节轴空间进行轨迹规划,求取轨迹函数,为运动控制提供轨迹依据。然后,基于Ke Motion专业控制器完成了物理样机的电控系统设计,搭建了运动性能试验平台;提出了基于PC的开放式电控系统设计方案,采用倍福的PC控制器和Ether CAT总线伺服完成硬件架构,基于Twin CAT3软件和运动学模型构建了整个软件控制框架。接着,基于运动学模型的控制策略,将Tripod并联机器人控制系统简化为三条运动支链的单输入单输出子系统,在传统PID控制器的基础上,进行模糊PI控制器设计和仿真分析。最后,采用ADAMS软件对虚拟样机进行运动学仿真,验证了运动学性能和运动学模型;与MATLAB软件联合仿真,验证了修正梯形加速度规律轨迹规划的可行性、位置逆解的正确性和模糊PI控制算法的优越性;对Ke Motion控制器的物理样机进行运动性能测试和重复定位精度测试,结果表明:Tripod并联机器人本体具有良好的运动性能,y、z向重复定位精度满足±0.1mm的要求,x向在高速时略有超出。
【关键词】：并联机器人 运动学 轨迹规划 电控系统 模糊PI
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9
• 1.2 国内外应用现状及发展趋势9-11
• 1.3 并联机器人国内外研究现状11-12
• 1.4 本文的主要研究内容12-15
• 2 Tripod并联机器人的运动学分析15-31
• 2.1 引言15
• 2.2 Tripod并联机器人建模与分析15-18
• 2.2.1 三维建模与机构分析15-16
• 2.2.2 自由度分析16
• 2.2.3 坐标系的建立16-18
• 2.3 位置分析18-24
• 2.3.1 位置逆解18-22
• 2.3.2 位置正解22-24
• 2.4 雅克比矩阵求解24-26
• 2.5 可达工作空间分析26-29
• 2.6 本章小结29-31
• 3 Tripod并联机器人的轨迹规划31-41
• 3.1 引言31
• 3.2 轨迹规划方法31
• 3.3 笛卡尔空间的轨迹实现31-33
• 3.3.1 空间直线及圆弧插补算法31-33
• 3.3.2 轨迹控制过程33
• 3.4 轨迹运动规律的选择33-37
• 3.4.1 梯形加速度规律34-35
• 3.4.2 修正梯形加速度规律35-37
• 3.5 Tripod机器人门字形路径的规划37-39
• 3.5.1 笛卡尔空间的修正梯形加速度轨迹规划37-38
• 3.5.2 关节轴空间的修正梯形加速度轨迹规划38-39
• 3.5.3 轨迹函数的MATLAB实现39
• 3.6 本章小结39-41
• 4 Tripod并联机器人的电控系统设计41-55
• 4.1 引言41
• 4.2 总体电控方案比较分析41-43
• 4.3 基于KeMotion专业控制器的电控系统设计43-48
• 4.3.1 硬件设计43-46
• 4.3.2 软件设计46-48
• 4.4 基于PC的开放式电控系统设计48-54
• 4.4.1 硬件架构48-49
• 4.4.2 软件设计49-54
• 4.5 本章小结54-55
• 5 Tripod并联机器人的控制算法设计55-65
• 5.1 引言55
• 5.2 控制策略的选定55-56
• 5.2.1 运动学控制策略55
• 5.2.2 动力学控制策略55-56
• 5.3 单运动支链的数学建模56-58
• 5.3.1 伺服驱动器控制环的数学模型56-57
• 5.3.2 永磁同步电机的数学模型57-58
• 5.4 模糊PI控制器的分析与设计58-62
• 5.4.1 模糊PI控制器的结构58-59
• 5.4.2 输入输出量的模糊化59-60
• 5.4.3 模糊控制规则的确定60-61
• 5.4.4 输出量的解模糊61-62
• 5.5 基于模糊PI控制器的控制系统仿真分析62-64
• 5.6 本章小结64-65
• 6 虚拟样机仿真及实机测试65-81
• 6.1 引言65
• 6.2 虚拟样机建模65-66
• 6.3 基于ADAMS的运动学仿真实验66-69
• 6.3.1 正运动学仿真66-68
• 6.3.2 逆运动学仿真68-69
• 6.4 基于ADAMS与MATLAB的联合仿真实验69-76
• 6.4.1 联合仿真模型的建立69-72
• 6.4.2 轨迹规划实验72-74
• 6.4.3 位置逆解的联合仿真验证74-75
• 6.4.4 基于位置逆解的模糊PI控制系统仿真分析75-76
• 6.5 基于KeMotion专业控制器的实机测试76-80
• 6.5.1 运动性能测试77
• 6.5.2 重复定位精度测试77-80
• 6.6 本章小结80-81
• 7 总结和展望81-83
• 7.1 课题总结81
• 7.2 课题展望81-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-89
• 附录89
• A 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目89

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 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

2 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

3 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

4 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

5 ;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

6 ;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

7 ;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

8 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

9 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

10 金振林,高峰;一种正交并联机器人的灵巧度指标及其分布[J];机械设计;2001年07期

中国重要会议论文全文数据库 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

中国重要报纸全文数据库 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

中国博士学位论文全文数据库 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 张泉;3-PRR柔性并联机构平台的动力学建模及主动振动控制[D];南京航空航天大学;2014年

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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

9 李艳文;几类空间并联机器人的奇异研究[D];燕山大学;2005年

10 张世辉;并联机器人汉字雕刻技术的研究[D];燕山大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 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：885018