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电动六自由度并联机器人的特性分析与控制

作 者: 孟强
导 师: 韩俊伟
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 机械电子工程
关键词: 六自由度并联机器人 整体动力学 PMSM 多刚体动力学 衍生运动
分类号: TP242.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
下 载: 251次
引 用: 1次
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内容摘要


六自由度并联机器人由于其高刚度、高动态性能、低位置控制误差等优点,被广泛应用于运动模拟、机器人操作器、微动机构、并联机床等领域,其驱动形式主要包括液压驱动和伺服电机驱动。目前,大功率场合,多以液压驱动为主;但是在中小功率场合,电机驱动有取代液压驱动的趋势。虽然六自由度并联机器人应用广泛,但是对其研究工作主要集中在运动学、动力学等分析,而针对采用高性能永磁同步电机(PMSM)驱动时的整体特性的研究工作则远远不够。本文则针对PMSM驱动下的并联机器人系统进行详细分析。首先,对并联机器人进行了运动学、多刚体动力学分析,重点针对电动6-U(RP)U型并联机器人存在的衍生运动进行了量化及其补偿研究;然后,在dq坐标系下建立了PMSM伺服系统模型;最后,采用两种方法建立电动六自由度并联机器人的精确整体动力学模型,并对系统进行了动态特性分析。由于未见文献对上述衍生运动进行分析,因此,采用ADAMS对其进行验证,以保证其可直接应用到工程实践中,提高该机构形式并联机器人的位置控制精度;第四章中的PMSM控制系统模型,由电机实际变量间的关系建立,为保证其正确性,应用基于SVPWM的PMSM系统模型对其外特性进行了验证;在第五章中,提出了电动并联机器人精确整体动力学模型的建立方法,巧妙的解决了等效电机惯量时变难以计算的难题,为电动并联机器人精确整体动力学模型建立提供了一种解决思路。最后,针对本项目中具体参数对系统进行了动态特性分析,分析可知,该并联机器人具有较好的动态性能以及位置控制精度。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-19
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  10-11
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 研究的目的和意义  10-11
  1.2 并联机器人概述  11-14
    1.2.1 并联机器人的起源  11-12
    1.2.2 并联机器人的特点  12-13
    1.2.3 并联机器人的研究现状分析  13-14
  1.3 永磁同步电机(PMSM)概述  14-17
    1.3.1 交流PMSM 伺服系统特点  14-16
    1.3.2 交流PMSM 系统国内外研究现状  16-17
  1.4 论文研究的主要内容  17-19
第2章 并联机器人运动学与多刚体动力学分析  19-27
  2.1 引言  19
  2.2 运动学分析  19-23
    2.2.1 结构简图  19-20
    2.2.2 姿态的欧拉角描述  20-21
    2.2.3 机构运动学  21-23
  2.3 动力学建模  23-26
    2.3.1 动平台动力学建模  23-24
    2.3.2 支腿动力学建模  24-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章 电动六自由度并联机器人衍生运动及其补偿  27-38
  3.1 引言  27
  3.2 衍生运动分析及补偿  27-35
    3.2.1 衍生运动原因分析  27-28
    3.2.2 衍生运动计算  28-29
    3.2.3 衍生运动补偿  29-30
    3.2.4 误差量化分析  30-35
  3.3 ADAMS 仿真验证  35-37
    3.3.1 ADAMS 转角分析  35-36
    3.3.2 对比分析  36-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章 PMSM 伺服系统原理与仿真  38-52
  4.1 引言  38
  4.2 PMSM 伺服系统原理  38-42
    4.2.1 PMSM 数学模型  38-40
    4.2.2 矢量控制  40-41
    4.2.3 电流控制方法实现  41-42
  4.3 PMSM 伺服系统的设计与仿真  42-47
    4.3.1 PMSM 伺服系统设计  42-44
    4.3.2 仿真及结果分析  44-47
  4.4 基于SVPWM 的PMSM 系统仿真分析  47-51
    4.4.1 SVPWM 原理  47-48
    4.4.2 模型搭建  48-50
    4.4.3 仿真结果分析  50-51
  4.5 本章小结  51-52
第5章 整体动力学模型与动态特性分析  52-62
  5.1 引言  52
  5.2 整体动力学模型  52-54
    5.2.1 总体设计  52-54
    5.2.2 多刚体动力学参数修正  54
    5.2.3 PID 控制  54
  5.3 基于ADAMS 与Simulink 联合的整体动力学模型  54-56
    5.3.1 仿真系统总体设计  54-55
    5.3.2 6-DOF 并联机器人多刚体动力学模型  55
    5.3.3 整体动力学模型建立  55-56
  5.4 动态特性分析  56-61
    5.4.1 频率特性分析  57-59
    5.4.2 位姿跟踪特性分析  59-60
    5.4.3 PMSM 特性分析  60-61
  5.5 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-68
攻读硕士学位期间发表的学术论文  68-70
致谢  70

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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 > 工业机器人
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