面向对称三自由度并联机构的运动学分析软件设计与开发
发布时间：2022-02-16 19:48
对称三自由度并联机构由于结构相对简单、控制容易和具有各向同性等特点吸引了众多关注。本文基于对偶四元数D-H法建立并联机构的运动学模型,利用多项式代数进行运动学分析,最后将这些过程程序化,开发出可以自动分析对称三自由度并联机构运动学的软件。该软件使运动学分析更加简单,减少设计人员的工作量,从而缩短设计周期。本文的主要研究如下:利用对偶四元数D-H法和半角正切法提出了一种直接建立多项式形式并联机构运动学约束方程的方法。将D-H法描述的连杆间运动以对偶四元数的形式表达。之后将并联机构拆分为多个闭环单链,对于每个闭环单链按照基于对偶四元数的D-H法建立并联机构的运动学约束方程。最后利用半角正切法将约束方程多项式化,并根据结果简化整个建模过程。基于多项式代数提出了一种针对一类对称三自由度并联机构的通用位置分析方法,并可根据得到的解析解利用导数法得到速度正反解和加速度正反解,最后利用雅克比矩阵行列式等于零求解奇异位形。利用计算机代数系统Maple和MATLAB GUI将上述运动学分析方法程序化,开发了面向对称三自由度并联机构运动学自动分析系统,利用该软件只需输入机构几何参数和动平台自由度约束就可以...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 对称少自由并联机构研究现状
1.2.2 机构运动学研究现状
1.2.3 并联机构领域电算化研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 基于对偶四元数D-H法的约束方程建立
2.1 概述
2.2 对偶四元数的定义及几何意义
2.2.1 对偶四元数定义及基本运算规则
2.2.2 对偶四元数的几何意义
2.3 基于对偶四元数的D-H参数法
2.3.1 连杆坐标系及其连杆参数
2.3.2 相邻连杆运动学分析的对偶四元数D-H变换方法
2.4 基于对偶四元数法建立并联机构运动学约束方程
2.4.1 并联机构运动学模型建立
2.4.2 约束方程多项式化
2.5 本章小结
第3章 基于多项式代数的并联机构运动学分析
3.1 概述
3.2 并联机构运动学分析的代数几何基础
3.2.1 多项式代数与代数几何理论基础
3.2.2 Gr?bner基理论基础
3.2.3 适用范围
3.3 基于Gr?bner基理论的位置分析
3.3.1 位置反解分析
3.3.2 位置正解分析
3.4 并联机构速度分析
3.4.1 速度正解分析
3.4.2 速度反解分析
3.5 并联机构加速度分析
3.5.1 加速度正解分析
3.5.2 加速度反解分析
3.6 并联机构奇异性分析
3.6.1 奇异的概念与分类
3.6.2 运动学奇异
3.6.3 约束奇异
3.7 本章小结
第4章 运动学分析软件设计与开发
4.1 概述
4.2 软件开发工具的选择
4.3 运动学分析软件设计
4.3.1 软件开发流程
4.3.2 需求分析与概要设计
4.3.3 图形用户界面设计
4.4 运动学分析软件开发
4.4.1 前处理模块
4.4.2 位置分析模块
4.4.3 后续分析模块
4.4.4 后处理模块
4.5 本章小结
第5章 运动学分析软件实例分析
5.1 概述
5.2 3-CPR三平移并联机构的建模与运动学分析
5.2.1 支链连杆坐标系建立
5.2.2 运动学分析过程
5.2.3 仿真验证
5.3 3-RPR平面并联机构的建模与运动学分析
5.3.1 支链连杆坐标系建立
5.3.2 软件分析结果
5.3.3 仿真验证
5.4 本章小结
结论
附录
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真[J]. 刘荣帅,李清,杜昱东,丰玉玺,张鹏,赵立婷. 包装工程. 2019(21)
[2]3-RSR构型天线并联机构的结构设计与仿真分析[J]. 窦玉超,侯荣伟,邓云蛟,段艳宾,李建军,曾达幸,侯雨雷. 机械制造. 2019(08)
[3]一种3-PRS并联机构正向运动学求解方法[J]. 黄俊杰,胡博炜,宋金典. 机械传动. 2019(08)
[4]并联机构位置正解的人工蜂群和牛顿组合算法[J]. 李平,彭斯洋,车林仙,杜力,洪俊坤. 机械传动. 2019(04)
[5]6支链台体型Stewart衍生构型位置正解半解析算法[J]. 叶鹏达,尤晶晶,沈惠平,吴洪涛,李成刚. 农业机械学报. 2019(04)
[6]基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解[J]. 强红宾,王力航,姜雪,张立杰. 光学精密工程. 2018(12)
[7]具有连续转轴的新型3-UPU并联机构的运动特性分析[J]. 韩雪艳,王子义,李仕华,田志立. 中国机械工程. 2018(20)
[8]并联机构拓扑结构特征分析软件的框架设计及实现[J]. 朱小蓉,黄骏,沈惠平,杨廷力,刘安心,杭鲁滨. 机械设计与研究. 2018(04)
[9]基于对偶四元数的机械臂运动学建模及分析[J]. 葛为民,宇旭东,王肖锋,邢恩宏. 机械传动. 2018(07)
[10]基于ADE-Newton算法的3-RPS并联机构位置正解分析[J]. 彭斯洋,李平,车林仙,杜力. 机械传动. 2018(04)
博士论文
[1]空间多环耦合机构数字化构型综合理论[D]. 曹文熬.燕山大学 2014
[2]机构运动学若干问题及其代数法理论研究[D]. 黄昔光.北京邮电大学 2008
[3]对称少自由度并联机器人型综合理论及新机型综合[D]. 李秦川.燕山大学 2003
硕士论文
[1]基于并联结构的机器人仿生眼球系统设计[D]. 雷文骁.哈尔滨工业大学 2019
[2]并联机构拓扑结构自动综合方法研究[D]. 刘小山.南昌大学 2018
[3]机器人机构拓扑结构自动分析及其程序实现[D]. 王罡.南昌大学 2018
[4]码垛机器人运动学与动力学性能分析及软件开发[D]. 刘雪霏.西安理工大学 2015
[5]并联机构的人机交互式装配实现及运动性能自动分析[D]. 赵世培.燕山大学 2015
[6]基于编程软件的少自由度并联机构自由度计算的相关研究[D]. 姜珊.燕山大学 2013
[7]对称并联机构构型优选及尺度综合的自动化方法[D]. 段旭洋.上海交通大学 2013
[8]喷涂机器人逆运动学求解算法与仿真软件[D]. 杨震.华中科技大学 2013
[9]基于序单开链法的并联机器人结构分析程序化研究[D]. 陈超.南昌大学 2011
[10]6自由度串联机械手位置逆解新方法[D]. 乔曙光.北京邮电大学 2008
本文编号：3628551
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 对称少自由并联机构研究现状
1.2.2 机构运动学研究现状
1.2.3 并联机构领域电算化研究现状
1.3 本文的主要研究内容
第2章 基于对偶四元数D-H法的约束方程建立
2.1 概述
2.2 对偶四元数的定义及几何意义
2.2.1 对偶四元数定义及基本运算规则
2.2.2 对偶四元数的几何意义
2.3 基于对偶四元数的D-H参数法
2.3.1 连杆坐标系及其连杆参数
2.3.2 相邻连杆运动学分析的对偶四元数D-H变换方法
2.4 基于对偶四元数法建立并联机构运动学约束方程
2.4.1 并联机构运动学模型建立
2.4.2 约束方程多项式化
2.5 本章小结
第3章 基于多项式代数的并联机构运动学分析
3.1 概述
3.2 并联机构运动学分析的代数几何基础
3.2.1 多项式代数与代数几何理论基础
3.2.2 Gr?bner基理论基础
3.2.3 适用范围
3.3 基于Gr?bner基理论的位置分析
3.3.1 位置反解分析
3.3.2 位置正解分析
3.4 并联机构速度分析
3.4.1 速度正解分析
3.4.2 速度反解分析
3.5 并联机构加速度分析
3.5.1 加速度正解分析
3.5.2 加速度反解分析
3.6 并联机构奇异性分析
3.6.1 奇异的概念与分类
3.6.2 运动学奇异
3.6.3 约束奇异
3.7 本章小结
第4章 运动学分析软件设计与开发
4.1 概述
4.2 软件开发工具的选择
4.3 运动学分析软件设计
4.3.1 软件开发流程
4.3.2 需求分析与概要设计
4.3.3 图形用户界面设计
4.4 运动学分析软件开发
4.4.1 前处理模块
4.4.2 位置分析模块
4.4.3 后续分析模块
4.4.4 后处理模块
4.5 本章小结
第5章 运动学分析软件实例分析
5.1 概述
5.2 3-CPR三平移并联机构的建模与运动学分析
5.2.1 支链连杆坐标系建立
5.2.2 运动学分析过程
5.2.3 仿真验证
5.3 3-RPR平面并联机构的建模与运动学分析
5.3.1 支链连杆坐标系建立
5.3.2 软件分析结果
5.3.3 仿真验证
5.4 本章小结
结论
附录
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3-CUR并联分拣机器人的运动学分析与仿真[J]. 刘荣帅,李清,杜昱东,丰玉玺,张鹏,赵立婷. 包装工程. 2019(21)
[2]3-RSR构型天线并联机构的结构设计与仿真分析[J]. 窦玉超,侯荣伟,邓云蛟,段艳宾,李建军,曾达幸,侯雨雷. 机械制造. 2019(08)
[3]一种3-PRS并联机构正向运动学求解方法[J]. 黄俊杰,胡博炜,宋金典. 机械传动. 2019(08)
[4]并联机构位置正解的人工蜂群和牛顿组合算法[J]. 李平,彭斯洋,车林仙,杜力,洪俊坤. 机械传动. 2019(04)
[5]6支链台体型Stewart衍生构型位置正解半解析算法[J]. 叶鹏达,尤晶晶,沈惠平,吴洪涛,李成刚. 农业机械学报. 2019(04)
[6]基于调整步长牛顿法的Stewart并联机构位置正解[J]. 强红宾,王力航,姜雪,张立杰. 光学精密工程. 2018(12)
[7]具有连续转轴的新型3-UPU并联机构的运动特性分析[J]. 韩雪艳,王子义,李仕华,田志立. 中国机械工程. 2018(20)
[8]并联机构拓扑结构特征分析软件的框架设计及实现[J]. 朱小蓉,黄骏,沈惠平,杨廷力,刘安心,杭鲁滨. 机械设计与研究. 2018(04)
[9]基于对偶四元数的机械臂运动学建模及分析[J]. 葛为民,宇旭东,王肖锋,邢恩宏. 机械传动. 2018(07)
[10]基于ADE-Newton算法的3-RPS并联机构位置正解分析[J]. 彭斯洋,李平,车林仙,杜力. 机械传动. 2018(04)
博士论文
[1]空间多环耦合机构数字化构型综合理论[D]. 曹文熬.燕山大学 2014
[2]机构运动学若干问题及其代数法理论研究[D]. 黄昔光.北京邮电大学 2008
[3]对称少自由度并联机器人型综合理论及新机型综合[D]. 李秦川.燕山大学 2003
硕士论文
[1]基于并联结构的机器人仿生眼球系统设计[D]. 雷文骁.哈尔滨工业大学 2019
[2]并联机构拓扑结构自动综合方法研究[D]. 刘小山.南昌大学 2018
[3]机器人机构拓扑结构自动分析及其程序实现[D]. 王罡.南昌大学 2018
[4]码垛机器人运动学与动力学性能分析及软件开发[D]. 刘雪霏.西安理工大学 2015
[5]并联机构的人机交互式装配实现及运动性能自动分析[D]. 赵世培.燕山大学 2015
[6]基于编程软件的少自由度并联机构自由度计算的相关研究[D]. 姜珊.燕山大学 2013
[7]对称并联机构构型优选及尺度综合的自动化方法[D]. 段旭洋.上海交通大学 2013
[8]喷涂机器人逆运动学求解算法与仿真软件[D]. 杨震.华中科技大学 2013
[9]基于序单开链法的并联机器人结构分析程序化研究[D]. 陈超.南昌大学 2011
[10]6自由度串联机械手位置逆解新方法[D]. 乔曙光.北京邮电大学 2008
本文编号：3628551
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