学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

六自由度3-PRPS并联机构的特性理论研究与仿真

作　者: 彭凯
导　师: 王建平
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 3-PRPS 并联机构运动学求解工作空间 ADAMS仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 118次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

并联机构相比于串联机构具有高精度、误差不累计、刚度大等特点,引起了国际上的高度重视,但是并联机构的大部分研究集中在以Stewart平台等经典机构上。随着工业的发展,许多具有自身特性的并联机构应运而生,3-PRPS并联机构就是其中一种。该机构具备提供纯转动、运动学较简单、可直观预测动平台运动等特点,有着广阔的应用前景,如高精度探测机器人等。然而,工程应用中3-PRPS并联机构由于缺乏若干重要特性方面的理论支持从而极大地限制了其适用范围及工作性能,如结构优化设计、末端执行器工作范围确定、机构参数的合理选择、控制器参数调整等方面。尽管近年来3-PRPS并联机构的理论研究有了一定发展,但是运动学、工作空间等方面还存在一些挑战性的问题,如运动学模型尚未完善;缺乏有效的方法求解工作空间;参数对机构运动的影响尚不明确等。基于此,对于3-PRPS并联机构的特性研究具有重要的理论价值和实用意义。本文从3-PRPS并联机构的运动学、工作空间、机构关键参数及控制设计等几个方面展开了分析和探讨。主要工作如下:(一)建立了3-PRPS并联机构较为完善的运动学模型,得到了统一描述反向运动学关系的解析表达式,进而求解位置反解。然后,结合实例计算,从而分析出其运动学特性。(二)讨论了限制3-PRPS并联机构工作空间的几个重要因素,然后以Matlab为平台利用几何法求解工作空间,给出具体的实例参数便获得了横截面为近似六边形的柱状体工作空间。工作空间是衡量3-PRPS并联机构性能的一个重要指标,其求解较为直观地揭示了该机构的特性。(三)比率K(动平台外接圆半径r与固定平台内切圆半径R之比)是3-PRPS并联机构的一个关键参数。为了深入剖析比率K与机构运动之间的关系,应用ADAMS软件建立了仿真模型,然后分析比率K对机构运动的影响。正确地理解比率K在3-PRPS并联机构中的作用对于其结构优化设计等有着实际意义。(四)在运动学、工作空间、机构参数分析等理论基础上,提出了3-PRPS并联机构的控制器设计方案,另外还尝试设计了驱动连杆的结构。上述研究工作为3-PRPS并联机构的结构优化设计、控制器参数调整、工业应用等奠定了理论基础,其中比率K的探讨及分析有着实际指导作用,同时相关研究方法对于探索同类型高精度并联机构也具有重要借鉴意义。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 并联机构的起源与发展  10-14
  1.3 并联机构的应用  14-17
    1.3.1 运动模拟器  14
    1.3.2 工业机器人  14-15
    1.3.3 微动定位机器人  15
    1.3.4 力传感器  15-16
    1.3.5 并联运动机床  16-17
  1.4 六自由度3-PRPS并联机构的研究发展  17-18
  1.5 选题的目的及意义  18
  1.6 本文的研究内容及创新  18-20
第2章 3-PRPS并联机构的运动学建模与求解  20-30
  2.1 建立3-PRPS并联机构模型  20-21
  2.2 3-PRPS并联机构特性总结  21-23
  2.3 运动学基本方程运算  23-29
    2.3.1 齐次方程  23-24
    2.3.2 求解运行学位置反解  24-27
    2.3.3 运动学位置正解研究  27-29
  2.4 本章小结  29-30
第3章 3-PRPS并联机构的工作空间计算  30-42
  3.1 引言  30-31
  3.2 影响3-PRPS并联机构工作空间的因素  31-33
    3.2.1 连杆杆长的限制  32
    3.2.2 运动副转角的限制  32-33
    3.2.3 并联机构连杆的干涉  33
  3.3 工作空间的计算方法  33-34
    3.3.1 几何方法  33
    3.3.2 离散方法  33-34
    3.3.3 数值方法  34
  3.4 计算3-PRPS并联机构的工作空间  34-41
    3.4.1 3-PRPS并联机构工作空间实例求解  35-37
    3.4.2 3-PRPS工作空间的结果  37-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 3-PRPS并联机构的参数研究与仿真  42-58
  4.1 引言  42-43
    4.1.1 ADAMS软件介绍  42-43
  4.2 3-PRPS并联机构的不同参数模型  43-45
  4.3 基于ADAMS的虚拟样机仿真  45-49
    4.3.1 3-PRPS并联机构的ADAMS建模  45-47
    4.3.2 仿真方法验证  47-49
  4.4 仿真结果分析  49-56
    4.4.1 比率K 对平台运动的影响  49-55
    4.4.2 比率K 对工作空间的影响  55-56
  4.5 本章小结  56-58
第5章 3-PRPS并联机构的控制器设计  58-67
  5.1 引言  58
    5.1.1 并联机器人的同步控制探讨  58
  5.2 3-PRPS并联机构的PID控制  58-61
    5.2.1 PD 控制器的设计  58-60
    5.2.2 PID控制函数  60
    5.2.3 PID控制规律  60-61
  5.3 3-PRPS并联机构的非线性PID设计  61-63
  5.4 3-PRPS并联机构的控制系统  63-66
    5.4.1 3-PRPS并联机构参数设计  63-65
    5.4.2 3-PRPS并联机构的控制系统  65-66
  5.5 本章小结  66-67
第6章总结与展望  67-70
  6.1 工作总结  67-68
  6.2 工作展望  68-70
参考文献  70-73
附录部分程序代码  73-79
致谢  79-80
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  80

六自由度3-PRPS并联机构的特性理论研究与仿真

内容摘要

全文目录

相似论文