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3-PSS并联机器人工作空间分析与轨迹规划研究

作　者: 蒋璇
导　师: 高洪
学　校: 安徽工程大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 3-PSS并联机器人逆位移解工作空间分析逆动力学分析轨迹规划
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

并联机器人有很多优良特性,例如承载刚度大、结构稳定、精度高等等,因此近年来,已被大量应用于各个制造领域,并且展现了无法比拟的优越性,因而其具有很大的应用潜力。本文针对并联机器人的逆解问题、工作空间问题和轨迹规划问题进行研究。在总结大量研究成果的基础上,对并联机器人,尤其是对3-PSS机构的工作空间的分类及其特点和并联机器人的轨迹规划的种类和算法进行了综述与研究。主要工作如下：针对3-PSS并联机器人运动学分析,首先在Pro/E中对3-PSS并联机器人进行虚拟样机设计；基于虚拟样机的设计结构,将其抽象为‘3-PSS并联机器人的物理模型；根据机构运动学理论,建立3-PSS并联机器人逆运动模型。通过将其离散化,编写Matlab仿真程序,应用计算机求得该3-PSS并联机器人的在不同姿态角下、不同动平台轨迹下,主动滑块位移和上、下球铰转角值。逆解研究的内容是后续工作空间和轨迹规划分析的基础。分析3-PSS并联机器人的工作空间,预测其工作空间是设计并联机器人的基本依据之一。首先,对可能影响3-PSS并联机器人工作空间大小的因素：滑块位移限制、球铰转角限制、连杆干涉和机构奇异性进行分析,建立3-PSS并联机器人工作空间限制条件集；基于3-PSS并联机器人逆运动模型,初步确定影响3-PSS并联机构工作空间的因素；为了对3-PSS并联机器人的工作空间进行可视化研究,将三维空间进行离散化,并遍历其中的每一点；基于前述的工作空间限制条件集,保留其中可能达到的位姿点,这个点集即为特定动平台姿态角下工作空间。由于上述思想,在Matlab编写仿真程序,求解不同滑块行程下,不同球铰转角下,3-PPS并联机器人的工作空间。基于工作空间基础对3-PSS并联机器人的运行轨迹进行合理并有效的规划,我国是一个能源紧缺的社会,因此本文根据能耗最小这一评价原则,对3-PPS并联机器人轨迹规划进行研究。提出基于多体系统动力学理论,建立并联机构动平台与原动件动力学参数函数关系,将动平台以沿给定始、终点之间空间曲线运动的能耗描述为规划位姿轨迹的函数；结合规划轨迹必在并联机构全位姿工作空间的条件,基于工作空间分析理论,建立其制约条件定量描述模型；将在能耗最优策略下的并联机器人轨迹规划问题化归为有约束的优化问题：目标函数为能耗,约束满足规划轨迹必在并联机构全位姿工作空间的条件,以B样条函数将规划轨迹参数化,取B样条函数控制点为设计变量,采用MATLAB库函数f min con进行数值求解并计算了能耗最小原则下的轨迹规划问题。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-20
  1.1 课题研究背景及研究意义  11
  1.2 国内外研究现状分析  11-18
    1.2.1 并联机器人工作空间分析  11-15
    1.2.2 并联机器人轨迹规划  15-18
  1.3 论文的主要内容及工作安排  18-20
    1.3.1 本文的研究内容  18
    1.3.2 本文的结构安排  18-20
第2章 3-PSS并联机器人结构设计与逆位移解  20-31
  2.1 引言  20
  2.2 3-PSS并联机器人结构设计  20-23
    2.2.1 机型介绍  20-21
    2.2.2 3-PSS并联机构主要零部件的结构设计和三维建模  21-23
  2.3 3-PSS并联机器人逆位移解  23-24
  2.4 3-PPS并联机构逆运动学仿真程序  24-25
  2.5 算例及分析  25-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章 3-PSS并联机器人工作空间分析  31-47
  3.1 引言  31-32
  3.2 并联机器人工作空间的影响因素分析与工作空间的确定方法  32-37
    3.2.1 工作空间的影响因素  32-37
    3.2.2 3-PSS并联机器人工作空间的确定方法  37
  3.3 影响3-PSS并联机构工作空间的因素仿真分析  37-40
    3.3.1 仿真研究方法及初步结论  37-40
    3.3.2 3-PSS并联机构工作空间分析问题的提法  40
  3.4 3-PSS并联机构工作空间仿真研究  40-43
    3.4.1 研究思路  40-41
    3.4.2 工作空间分析计算仿真程序开发  41-43
  3.5 算例与仿真  43-46
  3.6 本章小结  46-47
第4章 3-PSS并联机器人轨迹规划  47-58
  4.1 引言  47-48
  4.2 并联机构逆动力学分析  48-51
  4.3 基于能耗最小原则的并联机器人任务轨迹规划问题建模  51-52
  4.4 基于能耗最优的轨迹规划问题约束条件  52-54
  4.5 基于能耗最小原则的并联机构任务轨迹规划优化数学模型  54
  4.6 基于三次等距B样条的待规划轨迹路径参数化  54-55
  4.7 基于能耗最小原则的并联机构轨迹规划模型的求解与算例  55-57
  4.8 本章小结  57-58
第5章结论与展望  58-59
  5.1 全文总结  58
  5.2 展望  58-59
参考文献  59-63
攻读硕士学位期间所发表的学术论文和成果目录  63-64
致谢  64

3-PSS并联机器人工作空间分析与轨迹规划研究

内容摘要

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