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一种欠驱动6R并联机构的运动控制策略研究

作　者: 尹桐
导　师: 张建军
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 欠驱动并联机器人控制策略运动学分析动力学分析
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

欠驱动机器人是一类控制输入数目少于系统自由度的机械系统，它包含有多个被动关节，具有能耗低、成本少、重量轻等诸多优点，在太空探测、工业生产等领域拥有广阔的应用前景，但同时与全驱动机器人相比，其控制的难度显著提高，目前该类型机器人的研究越来越受到人们的重视，已成为机器人研究领域的热点问题。本文研究了一种欠驱动6R并联机构，基于这种欠驱动并联机构的数学建模，将系统的运动学和动力学方程联立，增加了系统的已知量个数，由于在理论上方程组的解具有确定性,以此对此机构提出了一种新的控制策略，并搭建了运动平台，并通过运动平台的仿真实验和理论求解的对比，验证理论的可行性。本文的主要内容如下：第一部分分析了欠驱动并联机器人在国内外的发展现状，及欠驱动机构的相关概念和发展现状，指出了本文的研究内容、意义和目的。第二部分基于该欠驱动机构的物理模型，对机构进行了运动学和动力学综合分析，提出了一种利用直流力矩电机特性，对系统输入端力矩和转速协调控制的新策略，并推导出了其关系式，理论上验证了其控制的可行性。第三部分设计并搭建了欠驱动6R并联机构控制系统，包括机械本体，直流电机及其驱动部分，光电编码器接口电路，设备通讯等几方面内容，为后续实验研究搭建软件和硬件平台。第四部分利用动力学仿真软件ADAMS对该欠驱动并联机构进行运动学和动力学仿真，将仿真实验数据和理论计算数据进行对比，通过对仿真实验数据的分析，验证新型控制策略的有效性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-18
  §1-1 课题的研究背景  8-9
  §1-2 研究现状及进展  9-15
    1-2-1 并联机构的分析理论和研究现状  9-11
    1-2-2 欠驱动机构概述  11-13
    1-2-3 欠驱动机构控制技术的研究现状  13-15
  §1-3 课题的研究目的和意义  15-16
  §1-4 课题主要研究内容  16-18
第二章欠驱动 6R并联机构的控制策略研究  18-33
  §2-1 引言  18
  §2-2 机构运动学模型  18-20
  §2-3 机构动力学模型  20-21
  §2-4 机构控制策略研究  21-32
    2-4-1 直流电动机基本原理  22-23
    2-4-2 直流电动机的励磁方式  23-24
    2-4-3 他励直流电动机的机械特性  24-27
    2-4-4 基于他励直流电动机人为机械特性的欠驱动机构控制策略研究  27-32
  §2-5 本章小结  32-33
第三章欠驱动 6R并联机构实验平台的设计  33-44
  §3-1 引言  33
  §3-2 欠驱动 6R并联机构的机械系统设计  33-35
  §3-3 欠驱动 6R并联机构的驱动系统设计  35-43
    3-3-1 直流力矩电机  36-37
    3-3-2 PLC控制器  37-41
    3-3-3 位置编码器  41
    3-3-4 电机驱动器  41-42
    3-3-5 可调节稳压电源  42-43
  §3-4 本章小结  43-44
第四章欠驱动 6R并联机构平台的运动仿真实验研究  44-56
  §4-1 引言  44
  §4-2 欠驱动实验平台在ADAMS下的实体建模  44-48
    4-2-1 欠驱动 6R并联机构Solidworks模型的建立与简化  44-46
    4-2-2 欠驱动 6R并联机构ADAMS仿真模型的数据转换及模型建立  46-48
  §4-3 欠驱动实验平台仿真实验  48-55
    4-3-1 初始角θ_2为 0 度条件下的欠驱动 6R并联机构的仿真分析  48-50
    4-3-2 初始角θ_2为 30 度条件下的欠驱动 6R并联机构的仿真分析  50-51
    4-3-3 初始角θ_2为 60 度条件下的欠驱动 6R并联机构的仿真分析  51-53
    4-3-4 初始角θ_2为 90 度条件下的欠驱动 6R并联机构的仿真分析  53-55
  §4-4 本章小结  55-56
第五章总结与展望  56-57
参考文献  57-60
附录  60-61
致谢  61-62
攻读学位期间所取得的相关科研成果  62

一种欠驱动6R并联机构的运动控制策略研究

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