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基于虚拟样机技术的4PUS-1PS并联机器人动力学及参数优化研究

作　者: 余伟
导　师: 郭钢
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 并联机器人 运动学 工作空间 动力学 仿真 优化设计
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


近年来,越来越多的专家学者将其精力投入到了并联机器人的研究中,一大批独具特色的并联机器人机构也相继被开发出来,有的甚至已经得到了实际应用。相比于传统的串联机器人,并联机器人承受载荷的能力更强,精度更高,结构也更加简单。因此,其应用前景不可限量。本文以4PUS-1PS型并联机器人为研究对象,在借鉴了前人在相关领域的研究成果的基础上,重点分析了该型并联机器人的运动学、工作空间、动力学、虚拟样机仿真及参数优化设计等问题。本文首先对4PUS-1PS型并联机器人的结构特点进行了分析,并基于矢量法和坐标变换法建立该型并联机器人的运动学逆解模型。在此基础上,结合机构运动过程中的约束条件,运用MATLAB软件编制程序,绘制出给定结构参数时的机器人工作空间图谱。然后基于拉格朗日动力学方程,分析了系统能量变化关系,建立了该型并联机器人的动力学模型。同时,基于ADAMS软件对机器人进行虚拟样机仿真,绘制仿真曲线,并与理论模型结果进行对比,验证了运动学、动力学模型的准确性。最后,基于虚拟样机技术,建立机构参数模型,将对机构目标性能影响较大的关键参数设置为设计变量,求解使机构目标性能达到最优时的设计变量的组合,实现了优化设计的目的。上述研究成果为该型并联机器人控制系统设计以及实际应用提供了理论基础,为其他类型并联机器人的相关研究提供了借鉴。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 概述  8
  1.2 并联机器人的发展与研究  8-13
    1.2.1 并联机器人概述  8-9
    1.2.2 并联机器人的应用  9-11
    1.2.3 少自由度并联机器人  11-12
    1.2.4 虚拟样机技术发展及研究现状  12-13
  1.3 选题的目的与意义  13-14
  1.4 本文主要研究内容  14-16
2 4PUS-1PS并联机器人运动学分析  16-30
  2.1 引言  16-17
  2.2 运动学逆解模型建立  17-25
    2.2.1 结构分析  17-20
    2.2.2 位置逆解分析  20-22
    2.2.3 速度逆解分析  22-24
    2.2.4 加速度逆解分析  24-25
  2.3 运动学逆解模型验证  25-29
  2.4 本章小结  29-30
3 4PUS-1PS并联机器人工作空间分析  30-39
  3.1 引言  30-31
  3.2 几何约束分析  31-36
    3.2.1 杆长运动极限约束  31
    3.2.2 运动副最大转角约束  31-32
    3.2.3 支链之间的干涉约束  32-36
  3.3 工作空间分析  36-38
  3.4 本章小结  38-39
4 4PUS-1PS并联机器人动力学分析  39-52
  4.1 引言  39-40
  4.2 动力学模型建立  40-49
    4.2.1 第二类拉格朗日动力学方程概述  40
    4.2.2 系统动能求解  40-45
    4.2.3 系统势能求解  45
    4.2.4 系统广义力求解  45-48
    4.2.5 系统第二类拉格朗日动力学方程  48-49
  4.3 动力学模型验证  49-51
  4.4 本章小结  51-52
5 4PUS-1PS并联机器人参数优化设计  52-75
  5.1 引言  52
  5.2 ADAMS参数化设计简介  52-53
  5.3 参数模型的建立  53-59
    5.3.1 创建设计变量  53-54
    5.3.2 创建参数点  54-56
    5.3.3 创建模型  56-57
    5.3.4 创建测量函数  57
    5.3.5 创建约束方程  57-59
  5.4 单目标设计研究  59-70
    5.4.1 DV_r对目标函数的影响  59-63
    5.4.2 DV_L对目标函数的影响  63-67
    5.4.3 DV_angle对目标函数的影响  67-70
  5.5 多目标优化设计  70-74
    5.5.1 多目标优化设计简介  70
    5.5.2 线型加权法构造评价函数  70-72
    5.5.3 DV_L对评价函数f(x)的影响  72-73
    5.5.4 DV_angle对评价函数f(x)的影响  73-74
  5.6 本章小结  74-75
6 总结与展望  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-81
附录  81

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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