缠绕式混合驱动柔索并联机器人建模、控制及实验平台研制

作     者：孙辉辉 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：訾斌

授予年度：2014年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：缠绕式 混合驱动柔索并联机器人 动态建模 轨迹控制 实验平台 

摘      要：本文依托国家自然科学基金“基于混合驱动的柔索并联机器人系统关键技术基础研究（50905179）项目，设计了一种缠绕式混合驱动柔索并联机器人，并展开了柔索并联机器人动态建模、轨迹跟踪控制和实验平台研制问题的研究,完成的主要工作和取得的研究结论归纳如下： 1.针对常规混合驱动柔索并联机器人工作空间小的问题，设计出一种可以缠绕的五连杆混合驱动机构，并对此机构进行了运动学的分析;在此基础上，探讨了缠绕式五连杆混合驱动机构中绞盘驱动点工作空间的约束条件,计算了其工作空间，并且对驱动点的运动轨迹进行规划，通过运动仿真计算，验证了模型的合理性。 2.以缠绕式五连杆混合驱动机构运动学分析为基础，建立了缠绕式混合驱动柔索并联机器人运动学模型;基于并联机器人的运动学雅可比矩阵，对机器人的运动灵巧度进行分析;利用拉格朗日动力学分析方法，建立了缠绕式混合驱动柔索并联机器人的动力学模型，对并联机器人各个从动件的动态受力和输入输出力矩进行计算;分析缠绕式混合驱动机器人承载能力性能，得出了末端执行器在不同空间位置时并联机器人的承载能力大小。 3.探讨了PID控制系统和模糊自适应控制系统的在机器人控制方面的应用原理，以缠绕式混合驱动柔索并联机器人运动学和动力学模型为理论基础，设计出柔索并联机器人的PID控制器和模糊自适应控制器，然后分别应用两种控制系统对并联机器人工作过程进行控制仿真，并且对其结果进行比较分析。 4.以缠绕式混合驱动柔索并联机器人理论研究为基础，完成了柔索并联机器人实验平台机械机构和电气控制系统的设计制造工作;确定了实验平台的结构参数和制造工艺，并且设计出以运动控制板卡为中心，电机伺服驱动为输出，各种数据传感器为反馈的运动控制系统。