卢刘明[1]2001年在《平面并联机械手转角空间和工作空间分析及轨迹规划》文中提出平面并联机械手不但能精确再现平面上的给定轨迹，而且具有输出的运动精度高，运行速度快，承载能力高，控制灵活的特点，有广泛的应用前景。平面五杆机构是平面并联机械手的最基本形式，对其两连架杆转角空间及连杆点工作空间的研究是设计平面并联机械手的基本问题之一。对其轨迹再现的研究更具实用意义。本文主要做了以下几方面的工作： (1)在第二章中，先导出五杆机构两连架杆可整周转动的杆长条件，并根据曲柄的存在情况，对五杆机构进行分类，即把五杆机构分成全曲柄机构、双准曲柄机构、双摇杆机构和准曲柄-摇杆机构四种类型。接着，给出确定各种类型五杆机构两连架杆转角空间的数值算法。最后，用几个数值算例来验证此算法的可靠性，并分析各种类型五杆机构两连架杆转角空间的特点。 (2)在第叁章中，先根据平面五杆机构连杆点总工作空间边界的条件，得出平面五杆机构的连杆点工作空间求解算法，并给出几个算例来验证此算法的正确性。接着，根据五杆机构可能存在的几种奇异位置，对连杆点总工作空间进行分区，还给出了子空间边界的求解算法。最后，用VC++开发出一个软件平台，只要输入任意一个五杆机构的尺寸参数，就可以知道该机构在各种装配模式下的两连架杆的转角空间及连杆点的工作空间。 (3)第四章中，选取全曲柄五杆机构中的叁种类型机构作为混合驱动机构，以减少用于控制其一连架杆运动的步进电机所消耗的功率为目的，建立相应的数学模型，用改进的遗传算法对该五杆机构进行优化综合，求得尺寸参数。最后给出了一个算例来验证此种方法的正确性。 (4)混合驱动机构的设计及制作。根据第四章中优化综合得出的结果，制作五杆机构模型，采用一角度传感器测得作主运动的曲柄的位置参数，由单片机根据此参数来控制与另一曲柄相连的步进电机的转动，使连杆点精确再现给定的轨迹。
陈鹏[2]2017年在《Delta并联机械手的机构特性与刚柔耦合分析》文中指出随着工业自动化水平的发展,工业机械手得到了越来越广泛的应用。Delta并联机械手被公认为是设计和应用最为成功的并联机械手之一。该机械手构型简单,具有结构刚度大、负载能力强和定位精度高等诸多优点。本文以叁自由度Delta并联机械手为研究对象,针对其机构特性与刚柔耦合进行分析与研究,进而为该机械手的实际工程应用提供参考性的意见。论文的主要内容如下:首先,对Delta并联机械手进行了适当的简化,使用解析法得到了机械手的运动学正解和逆解,在此基础上推导出了机械手的雅可比矩阵和速度加速度模型,并进一步分析和讨论了机械手可能存在的奇异位型;在运动学正解的基础上分析了机械手的可达工作空间,并验证了上述分析的正确性;其次,对Delta并联机械手的轨迹规划进行了分析,对比了叁种加速度规律的优缺点,最后基于修正梯形规律对机械手进行了轨迹规划。使用ADAMS和Matlab对轨迹规划进行了仿真,结果表明,在采用修正梯形规律对机械手进行轨迹规划时,机械手运行平稳,可以满足使用要求;然后,使用虚功原理建立了Delta并联机械手的刚体逆动力学模型,借助有限元分析软件对机械手的静动态特性进行了分析,找到了影响机械手工作性能的薄弱环节,为接下来的工作指明了方向;最后,使用ADAMS和ANSYS建立了Delta并联机械手的刚柔耦合虚拟样机模型。针对机械手常见的“门”字形运动轨迹,对比分析了机械手在刚体模型和刚柔耦合模型时,驱动电机的动力学特性和动平台的定位精度。在特定的工作空间要求下,针对机械手从动臂的尺寸参数进行优化分析,在经济型设计思想的指导下,得到了机械手从动臂最优的尺寸参数,为该机械手的实际工程应用提供了参考性意见。
童明浩[3]2016年在《四自由度Delta并联机械手结构与控制系统研究》文中研究表明半个多世纪以来,随着工业制造的要求,并联机械手得到了广泛的研究。相对于串联机械手,并联机械手具有运动精度高、结构刚度强、动力性能稳定等优点。国内对于Delta机械手的研究较国外相对落后,但Delta机械手作为主流的并联机械手,对其研究又迫在眉睫。在目前国内的研究中仍然存在一些应用上的难题,其主要集中在如下几个研究方面:运动学、工作空间、误差分析、轨迹规划、控制平台等。因此,本文以Delta并联机械手为研究对象,完成了以下几个方面的工作。(1)在已有的四自由度Delta机械手的基础上对其的结构做出了改进。结合代数和几何的方法推导出运动学正逆解公式,创新性的将运动学公式分解成叁个球面簇方程组,并结合MATLAB软件编制出程序,做出了算例分析。(2)以研究工作空间为目的,利用雅可比矩阵和雅可比条件数,优化了Delta机构尺寸,求出了末端执行器速度与加速度的表达式,分析了机构的奇异性。并结合MATLAB软件对工作空间做出分析,利用分析结果对运动空间做出取舍与优化。(3)在进行轨迹规划时,基于“门字型”路径对工作路径做出了优化。引入超椭圆曲线,给出了运动路径的具体表达式。提出了修正梯形加速度曲线和多项式加速曲线,并将其做出对比。最后选择合理的加速曲线,对运动轨迹分段进行了插补规划。(4)将Delta机械手与国产控制平台相结合,在达到使用要求的前提下,利用国产平台成本低,易使用的优势,对控制系统做出了合理选型并给出了具体连接方案。综上所述,本文对四自由度Delta机械手结构做出创新改进,深入并优化了一套分析运动学、工作空间、轨迹规划的方法,并利用国产平台进行Delta机械手控制平台搭建。
乔正宇[4]2015年在《基于动力学模型的高速并联机械手控制方法研究》文中指出在国家自然科学基金“基于电机性能参数的高速并联机构集成优化设计”支持下,本文以叁自由度的Delta并联机械手为例,从机械手刚体动力学建模、轨迹规划方法、和运动控制方法叁个角度入手,系统地研究了在考虑机械手动力学模型的基础上提高机械手运行速度和抓放动作精度的控制方法。并进一步在实时控制系统实验样机上进行了验证。全文取得成果如下:首先,在刚体动力学模型方面,基于虚功原理建立了完备的机械手刚体动力学模型,得到矩阵形式表达的动力学方程。针对动力学模型的简化方法进行了深入的研究,从机械手结构参数与运动轨迹参数两方面出发,分析了各因素对简化模型准确性的影响,以简化动力学模型与完备模型逼近程度作为优化指标,提出了一种新的基于组合质量分配系数的刚体动力学简化方法,为实时动力学控制方法的实现奠定了基础。其次,在轨迹规划方面,为保证机器人高速作业的柔顺性,提出一种新的关节空间内轨迹规划方法。该方法首先通过运动学逆解模型将运动学参数映射至关节空间,随后基于五次非均匀有理B样条曲线构造关节轨迹,进行运动插补,与原有的操作空间内多项式轨迹规划方法进行对比,表明该方法有效地提升了机械手高速运行下的末端定位精度与平顺性。随后,在运动控制方面,首先分析了电机驱动单支链模型,基于MATLAB建立PID控制模型,提出了基于遗传算法的自整定方法并对伺服参数进行了整定。随后基于简化的刚体动力学模型设计了一种动力学前馈控制器,通过在Simulink/SimMechanics中构建控制系统和机械手模型,对机械手单条支链进行动态仿真,表明了该控制方法与运动学闭环控制相比具有良好的动态响应特性,同时该方法可以有效地减少高速作业下机械手动态特性造成的轨迹跟踪误差,提高作业精度。最后,在样机实验方面,采用纯软件实时控制系统TwinCAT搭建实验软件平台,完成了相关控制算法的设计与控制软件的编写。通过实验,一方面验证了上文简化刚体动力学模型和轨迹规划的有效性,另一方面验证了单支链力矩前馈可以显着的改善并联机械手在实际高速运动中的轨迹跟踪精度与动态特性。
黄海忠[5]2013年在《DELTA并联机器人结构参数优化与运动控制研究》文中研究指明随着我国经济不断的发展，人们的生活水平，人力成本，对产品的安全及精度要求也在不断提高，研制具有高速、高精度、高承载能力、高柔性化的机器人设备成为自动化生产线中的不可或缺的部分。针对食品、医药、消费者商品等的自动化生产线的发展需求，本课题拟研制一款DELTA并联机器人，代替工人工作，满足轻负载、高速的、高精度的流水线作业要求。首先介绍了本课题研究的DELTA并联机器人，简化了其结构，运用解析几何获得了机器人的位置正逆解的解析表达式，建立了两个基于MATLAB与ADAMS的联合仿真系统，验证了结构简化的合理性及位置正逆解的正确性；然后对机器人的奇异位形进行了分析，获得了奇异位形出现的条件，并提出了规避方法。针对本并联机器人的实际运用要求，提出满足实际需求的任务作业空间，分析获得了该空间的解析表达式。进一步分析获得了参数优化所需的结构参数范围，为后面的参数优化及轨迹规划工作奠定了基础；接着对机器人的逆向动力学的简化模型进行了较深入的分析，提出了以惯量矩阵奇异值全域的最大值最小为优化目标，以尺寸和速度为约束条件的结构参数优化，并结合其实际运用，经MATLAB算例分析获得了较优的结构参数。进一步分析获得了机器人末端执行器在任务作业空间内较为适宜的工作空间，有益于机器人的运动轨迹规划和运动控制；最后，对机器人末端执行器的运动轨迹进行了研究，获得了周期短、运动无冲击的轨迹和路径。设计了基于逆向动力学模型的计算力矩控制器，并建立基于MATLAB与ADAMS控制联合仿真系统。结果显示路径中间点的位置精度低，而末端点的位置精度高，因机器人主要运用在频繁的抓放场合，不要求中间点有高精度，所以满足实际运用需求。
蒋璇[6]2013年在《3-PSS并联机器人工作空间分析与轨迹规划研究》文中研究指明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,将叁维空间进行离散化,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。
王正灿[7]2014年在《高速微型种子分选机并联机械手的建模与控制仿真的研究》文中认为本文以种子分选机为研究背景,以二自由度并联机械手为研究对象,采用SolidWorks和MATLAB为研究工具,从机械手的运动学分析、尺度的综合优化、轨迹规划、叁维建模、联合控制仿真等角度对机械手的机械设计与控制方法进行了深入的研究并全面采用无纸化的设计理念,对并联机构的设计方法的研究具有一定的参考意义。研究取得了以下成果：根据种子分选及需要的功能,结合并联机构的特点,选择了平面二自由度并联机构为种子分选机的执行机构,并简化了数学模型,对模型进行了运动学分析,并导出运动学正解、逆解、速度、加速度公式,为MATLAB仿真提供理论基础,并确定其最大工作空间与实际工作空间。深入研究了二自由度机械手的杆长优化方法,分析了并联机械手工作空间所对应的边界条件；采用了雅克比矩阵的条件数作为全域性能评价指标。对各个杆件运用了归一化处理的方法,进行优化分析,并提出了多个约束条件,并采用计算机优化的方法得出了相对最佳结果。深入研究了机械手执行末端的轨迹规划与控制方法,通过分析不同方式的加减速控制曲线,通过计算机仿真,来确定最合适的轨迹控制方法。对并联机械手的结构以及零部件进行了设计,并采用SolidWorks软件对并联机械手建立了实体模型包括模型的装配和干涉检查。以MATLAB软件为平台,通过SimMechanics Links插件将SolidWorks软件中建立的二自由度并联机械手的叁维模型成功导入到SimMechanics仿真环境中,成功编写出MATLAB运动控制程序,实现了并联机械手的运动仿真,并根据仿真结果,利用MATLAB的图形显示功能对并联机械手的执行结构的轨迹进行了位移、速度和加速度的分析,并对机械手的各个关节进行了运动学和动力学分析,并通过运动学和动力学分析结果预估了伺服电机的参数。对受力较大的主动臂进行了有限元分析,进-步验证了机械手设计的合理性。本文对于二自由度并联机构的设计以及MATLAB仿真方面的研究具有一定的参考和借鉴价值。
郝亮亮[8]2016年在《一种新型3-RPSR并联机械手的设计与研究》文中研究指明并联机械手相对串联机械手,在一些工作空间相对有限,而对精度和刚度以及速度要求较高的领域优势明显,本课题针对目前串联小型机械手的灵活性、以及稳定性不足的地方,在国内外学者以及本课题组研究的基础上,设计了一款工业机器人领域,基于3-RPSR并联机构的新型机械手,并深入研究。首先,本文对新型3-RPSR并联机械手系统进行结构分析,自由度分析及数目计算;建立位置正解约束方程,采用封闭矢量环法快捷简便的求解位置反解;采用数值计算法与编程工具Matlab对机构的位置正、反解的正确性进行了叁维仿真验证。第二,本文研究了新型3-RPSR并联机械手的运动性能,包括奇异性、工作空间、灵巧度;研究得到当并联机械手位姿参数出现奇异位形时,相互满足的关系式;采用数值搜索法在SimMechanics模块下,求解并联机械手的工作空间;以雅可比矩阵条件数的倒数作为评价指标,分析灵巧度在工作空间的分布及结构参数。第叁,对并联机械手建模,在ADAMS虚拟样机中,对其运动学及动力学进行关键性能仿真分析;通过规划反解的特定轨迹输出Spline曲线函数,逆向添加到驱动电机中,仿真输出动平台中心末端的正反解位移、速度、加速度、角度、角速度、角加速度变化曲线;然后对动力学进行仿真,得到其末端动平台执行器有、无载荷的功率变化曲线,获得机械手的瞬时特性。结论表明该机械手可以实现高速、高加速度的运动性能。第四,针对3-RPSR并联机械手,进行ADAMS/Simulink的联合程序控制仿真分析。以并联机械手的动平台执行器作为控制对象,位置反解作为反向输入,PID为控制器,输出其仿真结果,并通过与Adams理论仿真值的拟合对比,得到基于PID控制的控制系统的结果误差较小,证实了并联机械手控制系统的可操作性好。
梁春[9]2008年在《基于平面五杆并联机构的齿轮磨棱机械手的研究》文中提出随着机械手技术的飞速发展,机械手已在工业生产、太空、海洋资源的探索以及国防等众多领域得到了广泛应用。平面五杆并联机械手作为机械手家族中新的族类,有着传统机械手的共性方面,也有着它自身独到的特点。近年国内外学者在平面五杆并联机械手理论研究和实际应用中已取得了大量的成果,但在平面五杆并联机械手机构学、运动学、运动控制等方面仍存在一些具有挑战性的问题。本文提出了一种新型的基于平面五连杆并联机构的机械手将其用于加工齿轮端面棱角。首先,对平面五杆并联机械手的机构进行了总体设计,并建立了它的运动学模型。在此基础上推导出了并联机械手的位置、速度、加速度的正解和逆解的显式表达式,并进行了算例分析验证了所得算式的正确性。其次,在建立的正解算法的基础上进行了机械手的工作空间分析。使用Matlab编程计算证实了所研究的平面五杆并联机械手能够满足工作空间要求,实现了对平面五杆并联机械手工作空间的可视化描述。然后,利用Pro/Ewildfire2.0和ADAMS2005r2对平面五杆并联机械手进行了叁维实体建模和运动学仿真。验证了各个关节不存在干涉。再次,搭建了由PC机为上位机,MAC-3002SSP4运动卡为下位机的开放式平面五杆并联机械手控制系统。并使用Visual C++6.0设计了控制系统软件。最后,制造出了平面五杆并联机械手样机。经过整机试验实现了圆周运动。验证了设计方案的可行性。
倪雁冰, 董娜, 尘恒[10]2014年在《一种全回转并联机械手轨迹规划研究》文中研究说明轨迹规划是机器人运动控制的基础。以一种执行高速PTP操作的3自由度全回转并联机械手为研究对象,规划其操作空间轨迹,保证快速性、光滑性,减小机构磨损和破坏,防止机械手振动,同时兼顾关节空间角加速度、输入力矩等动力学指标,将正弦、多项式及修正梯形3种适合高速机构的运动规律在操作空间相同路径下进行仿真比较,遴选出最优运动规律。仿真结果表明,规划的操作空间轨迹性能优良,满足运动控制需要,轨迹规划方法对构型类似机构具有借鉴意义。
参考文献：
[1]. 平面并联机械手转角空间和工作空间分析及轨迹规划[D]. 卢刘明. 福州大学. 2001
[2]. Delta并联机械手的机构特性与刚柔耦合分析[D]. 陈鹏. 西安理工大学. 2017
[3]. 四自由度Delta并联机械手结构与控制系统研究[D]. 童明浩. 湖北工业大学. 2016
[4]. 基于动力学模型的高速并联机械手控制方法研究[D]. 乔正宇. 天津大学. 2015
[5]. DELTA并联机器人结构参数优化与运动控制研究[D]. 黄海忠. 哈尔滨工业大学. 2013
[6]. 3-PSS并联机器人工作空间分析与轨迹规划研究[D]. 蒋璇. 安徽工程大学. 2013
[7]. 高速微型种子分选机并联机械手的建模与控制仿真的研究[D]. 王正灿. 天津科技大学. 2014
[8]. 一种新型3-RPSR并联机械手的设计与研究[D]. 郝亮亮. 中北大学. 2016
[9]. 基于平面五杆并联机构的齿轮磨棱机械手的研究[D]. 梁春. 哈尔滨工业大学. 2008
[10]. 一种全回转并联机械手轨迹规划研究[J]. 倪雁冰, 董娜, 尘恒. 机械设计. 2014
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