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三自由度并联机器人研究与实验平台开发

三自由度并联机器人研究与实验平台开发

作者：袁亭雪内蒙古科技大学

学位级别：硕士

三自由度并联机器人由于其构件少、结构简单、刚度大、承载能力强、经济性好，性能方面表现为运动速度高、动态响应快、定位准确性好等优点。在某些领域作为串联机器人强有力的补充，尤其在生产装配线等工业生产领域具有广阔的应用前景... 详细信息

三自由度并联机器人由于其构件少、结构简单、刚度大、承载能力强、经济性好，性能方面表现为运动速度高、动态响应快、定位准确性好等优点。在某些领域作为串联机器人强有力的补充，尤其在生产装配线等工业生产领域具有广阔的应用前景，近年来逐步成为并联机器人的研究新热点。本文首先通过对三自由度并联机器人模型进行分析，并对其做进一步简化工作，以简化模型为基础利用几何方法建立三自由度并联机器人的逆向运动学数学模型，以此模型为基础研究机器人位置控制系统并开发实验平台的软件控制系统。随后建立并联机器人的正向运动学数学模型，利用此数学模型开发机器人工作空间仿真matlab程序，输出三维工作空间图像并对其进行研究分析，为机器人的机构设计奠定了理论基础。最后对并联机器人的动力学模型进行分析简化，利用Newton-Euler和Lagrange综合方法建立其动力学数学模型，推导求解出其逆向动力学数学模型。并用三维建模软件ProE建立三自由度并联机器人的三维实体模型，导入动力学仿真软件ADAMS，进行仿真计算输出各关节速度、加速和位移曲线，与搭建好的实验平台所测量相关数据进行对比分析，结果验证了三自由度并联机器人逆向运动学模型建立的正确性。上述研究工作中，MALAB仿真可以根据实际工况要求明确机器人的工作空间，进一步确定机器人结构参数的范围，为机器人的结构设计与改进奠定了基础。ADAMS的动力学仿真不仅为三自由度并联机器人运动控制器的设计提供了仿真理论依据和相关的数据支持，还提供了伺服电机仿真扭矩数据，为并联机器人实验平台的电机选型奠定了基础。在实验过程中发现机器人由于零部件加工精度与装配误差等外界不可避免因素影响，机器人末端动平台的运动产生一定误差。实验所获得的数据为后续三自由度并联机器人控制矫正误差的研究，提供理论基础和可靠的实验硬件支持。

关键词：三自由度并联机器人运动学动力学实验平台

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三自由度三排并联行星变速器传动方案

机械传动 2005年第4期29卷 19-22页

作者：李兴华孙蛟黄宗益同济大学机械工程学院上海200092

采用等效杠杆法分析三自由度三排并联行星变速器传动方案,明确三自由度三排并联行星变速器能实现的档位数,得出了五档和六档自动变速器结合元件布置的一般规律,并给出合理的传动方案。

关键词：自动变速器等效杠杆法传动方案行星变速器三自由度并联

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一种新型球面三自由度串联机构

中国机械工程 2011年第20期22卷 2403-2406页

作者：李东灿杨随先四川大学成都610065

提出了一种新型的三自由度RPR球面串联机构,并对该机构的运动学与工作空间问题进行了分析。通过D-H坐标变换建立了机构的位置方程,求出了位置正反解表达式,并给出了位置反解的数值实例。运用蒙特卡洛法对机构的工作空间进行了分析,给出... 详细信息

提出了一种新型的三自由度RPR球面串联机构,并对该机构的运动学与工作空间问题进行了分析。通过D-H坐标变换建立了机构的位置方程,求出了位置正反解表达式,并给出了位置反解的数值实例。运用蒙特卡洛法对机构的工作空间进行了分析,给出了二维和三维形式的机构工作空间图。

关键词：串联球面机构三自由度位置分析工作空间

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三自由度压电叠堆微位移放大机构的研究

现代制造工程 2010年第2期 108-110页

作者：王宏峰陈道炯刘巍上海理工大学机械工程学院上海200093

提出一种应用于压电叠堆的微位移放大机构,该机构以压电叠堆为驱动元件,通过基于杠杆原理的柔性铰链二级放大机构,放大压电叠堆的输出位移,在互相垂直的三个自由度方向上通过磁性部件连接,实现三自由度方向上独立的位移输出。同时,通过... 详细信息

提出一种应用于压电叠堆的微位移放大机构,该机构以压电叠堆为驱动元件,通过基于杠杆原理的柔性铰链二级放大机构,放大压电叠堆的输出位移,在互相垂直的三个自由度方向上通过磁性部件连接,实现三自由度方向上独立的位移输出。同时,通过仿真和试验,对其静态特性和动态特性进行研究。试验测试结果表明:该机构对压电叠堆输出位移的放大倍数达到5倍,三个自由度方向上的位移互相没有影响,并且该机构具有线性良好、高分辨率和高频响应等特点。

关键词：压电叠堆放大机构三自由度磁性连接

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三自由度微角位移系统设计与实现

三自由度微角位移系统设计与实现

作者：南芳哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近几十年来,越来越多的国内外科研机构和企业的学者开始重视微纳定位技术的研究。在微纳定位系统中,微角位移平台主要用于产生微角位移,在遥感卫星、精密加工、生物医学等领域有着广泛的应用。随着角位移平台的应用领域不断扩展以及精... 详细信息

近几十年来,越来越多的国内外科研机构和企业的学者开始重视微纳定位技术的研究。在微纳定位系统中,微角位移平台主要用于产生微角位移,在遥感卫星、精密加工、生物医学等领域有着广泛的应用。随着角位移平台的应用领域不断扩展以及精度要求不断提高,微角位移平台正朝着高分辨力、大工作行程、三自由度且结构紧凑的研究方向发展。而结合国内外现有的研究设计可以发现,在其他限制条件保持不变的情况下,大行程与高分辨力相互制约,现有的角位移平台很难做到两者兼顾;对于三自由度微角位移平台,其功能通常通过子平台堆叠的形式实现,子平台数目会随着微角位移平台自由度的增加而增加,从而导致角位移平台整体结构复杂;因此微角位移平台的结构复杂程度与多自由度两者之间也很难达到平衡。同时,由于三个自由度方向的角位移实现方式存在差异,导致各自由度的角位移分辨力很难达到同一量级,从而导致系统整体的性能指标下降。本课题“三自由度微角位移系统设计与实现”针对三自由度微角位移平台的分辨力与工作行程、整体尺寸与运动自由度数量相互制约,各自由度输出角度分辨力不在同一量级的问题展开研究,设计了一种三自由度分辨力为0.01″、工作行程至少为0～75″、响应频率达100Hz以上、体积尺寸小于100mm×100mm×100mm的三自由度微角位移平台。论文主要研究内容如下:首先,分析了微角位移平台国内外研究现状,设计了微角位移平台的整体结构方案。对目前微角位移平台设计方案进行了研究和分析,针对现有微角位移平台中很难同时兼顾高分辨力和大行程、平台整体尺寸和自由度数目相互制约的问题,设计了一种以压电陶瓷驱动,以柔性铰链为传动机构的三自由度微角位移平台。使所设计的微角位移平台在结构紧凑的前提下能够兼顾输出角位移的工作行程和分辨力。其次,对微角位移平台的柔性机构进行了合理设计。设计了一种采用一维角位移子平台与二维角位移子平台串联形式的微角位移平台,并设计了压电陶瓷预紧结构。基于压电陶瓷特性和平台设计需求选择了微角位移平台中柔性连接机构,并对其进行了刚度分析,得出柔性铰链结构参数与性能参数之间的关系。再次,对微角位移平台进行了理论分析及有限元仿真。通过分析得到了微角位移平台的理论模型,进而推导出微角位移平台运动自由度刚度和整体固有频率的公式并进行计算。并利用ANSYS有限元分析软件验证理论计算结果的正确性,最终确定了微角位移平台的尺寸参数。最后,对微角位移平台进行了实验验证和数据分析。加工并装配所设计的微角位移平台,搭建实验系统并对微角位移平台的角位移行程、角位移分辨力以及动态特性等进行测试,同时对理论和仿真结果进行验证,对比实验结果与理论计算和仿真结果的差异,分析实验结果存在偏差的原因,以保证微角位移平台性能满足所设计的性能要求。

关键词：微角位移平台三自由度高分辨力柔性铰链

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三自由度超精研振荡头的动态设计

磨床与磨削 1998年第2期 25-28页

作者：张景勘李德滋王文红蒋成昆汪仁友黄恭祝陈朝光韦兆汉上海大学 200072 北京第二机床厂清华大学广西玉柴机器股份有限公司

振荡头是超精研机床的一个关键部件，其幅频特性及稳定性直接影响被超精研圆柱或圆锥工件外国表面的宏观和微观几何形状精度。由于以压缩空气作激振动力的振荡头具有幅频特性稳定和便于调节等优点，故根据大量高精度回柱和圆锥工件的高... 详细信息

振荡头是超精研机床的一个关键部件，其幅频特性及稳定性直接影响被超精研圆柱或圆锥工件外国表面的宏观和微观几何形状精度。由于以压缩空气作激振动力的振荡头具有幅频特性稳定和便于调节等优点，故根据大量高精度回柱和圆锥工件的高技术要求，按机械动力学理论进行了这种振荡头的动态设计研究，并成功地设计、制造了这种超精研振荡头，多年来，生产使用效果一直良好。一一、起精研振荡头工作原理简介国1所示为根据机械动力学中三自由度振动系统的理论提出的超精研振荡头结构示意图。通过控制问3的控制，压缩空气交替地从激振气缸体2的左、右出入口进入激振气缸。这样，就有一个周期性的激振力同时作用于激振活塞1和激振气缸体2的左、右工作端，使二者产生相位差为180”的往复运动，往复运动的激振气缸1．激报活塞；2．侵振气缸体；3．控制问；4．消声器；5压维空气派；6．主洋劳；7．固定支架；8振动头某；外沉动导轨；IO滚动作；11．辅助强劳；12．辅助弹＊；13．油五体2通过主弹簧6与辅助弹簧11和12使振荡头架8也产生持续的往复运动，并带着装在其下部的油石13也一起往复运动，从而实现对圆柱或圆锥工件外圆表面的超精研。二、动力学模型与运动微分方程的建立参见...

关键词：超精研床振荡头动态设计三自由度

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三自由度转台的控制与应用

三自由度转台的控制与应用

作者：苏婷婷哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

本课题是以预研项目“船舶减摇控制研究”为应用背景，完成了三自由度转台的设计及控制。三自由度转台是在实验室环境下，再现船舶在海上的摇摆和运动的实验设备，可以在实验室的条件下，研究船舶减摇控制算法的可行性。它可以模拟船舶... 详细信息

本课题是以预研项目“船舶减摇控制研究”为应用背景，完成了三自由度转台的设计及控制。三自由度转台是在实验室环境下，再现船舶在海上的摇摆和运动的实验设备，可以在实验室的条件下，研究船舶减摇控制算法的可行性。它可以模拟船舶在水面上的横摇、纵摇及升沉三个自由度的运动，因此本课题的研究对于船舶减摇控制算法的研究具有重要的实用价值。本文研究了三自由度伺服转台系统的设计和实现，主要完成了系统总体方案的设计、硬件设计、软件设计和控制算法的设计和仿真。系统的总体方案设计：要实现高精度的转台控制系统，我们采用了当今比较流行的控制策略“PC+运动控制卡”的方法，实现了上位机、下位机分层的控制策略，充分利用了二者的优势——PC强大的逻辑判断能力、计算和信息处理能力;运动控制卡对电机的精确控制等，大大提高了系统的可靠性。硬件设计包括运动控制卡的选择、伺服电机的选择、位置检测装置的选择;运动控制回路的设计;以及电机与驱动器的连接调试。运动控制卡对转台实现位置的控制，将给定位置控制信号与转台的实际位置作差，根据算法将速度信号传递给电机驱动器，由它来控制电机的运行，最终实现了对转台位置的精确控制。软件设计包括两个部分，一个部分是基于MATLAB的转台位置信号的算法设计及数字仿真;第二个部分则是基于LabVIEW的运动控制软件设计。转台的位置信号的设计是通过研究船舶海上运动姿态而确定的，包括了对船舶的六自由度进行分析，船舶运动建模，通过基于海浪谱加权平均的船舶运动方程，最终得到了转台的位置信息。转台的运动控制部分的软件设计则是利用了LabVIEW软件实现的。在LabVIEW中调用了MATLAB引擎，得到了位置信号后，通过在LabVIEW中编写的核心程序实现了对转台的控制。本文还设计了智能PID和BP神经网络PID的控制算法，并给出了仿真结果，具有满意的控制精度，达到了三自由度转台系统控制精度的要求。

关键词：三自由度伺服系统运动控制卡 LabVIEW PID

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三自由度飞行器的控制研究

三自由度飞行器的控制研究

作者：张宏亮东北大学

学位级别：硕士

三自由度飞行器模型系统是由加拿大Quanser公司提供的实验装置。模型系统有三方面的控制,分别为俯仰角控制,滚转角控制,偏航角控制。该系统作为一个实验装置,形象直观,结构简单;而作为一个被控对象,它又相当复杂。就其本身而言,是一个... 详细信息

三自由度飞行器模型系统是由加拿大Quanser公司提供的实验装置。模型系统有三方面的控制,分别为俯仰角控制,滚转角控制,偏航角控制。该系统作为一个实验装置,形象直观,结构简单;而作为一个被控对象,它又相当复杂。就其本身而言,是一个高阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合的多输入多输出系统,为了更好地对三自由度飞行器模型系统进行控制,有必要对其设计更有效的控制器。本文主要针对三自由度飞行器系统中出现的非线性、耦合性等因素,设计了更有效的控制器,使得系统的性能得到了很大的提高。主要工作如下：首先,介绍了三自由度飞行器的组成部分及工作原理,通过对三自由度飞行器动力学分析,进行数学建模,并转化为状态方程。其次,介绍了LQR最优控制的基本原理,设计了LQR控制器,能够对模型的俯仰角,滚转角及偏航角进行实时跟踪控制。仿真研究表明该控制策略可行有效。再次,利用模糊控制理论对PID参数进行优化,设计模糊PID自整定控制器。通过与LQR控制器的仿真结果比较,可以发现模糊PID控制器可以使得系统的动态性能相对于LQR控制器有所提高。最后,针对模糊控制规则无法进行在线自调整的缺点,本文设计了基于遗传算法的模糊PID控制器。该控制策略利用遗传算法优化了量化因子,比例因子,隶属度函数,模糊控制规则等。通过仿真可以看到各个通道的稳态误差明显减小,表明了基于遗传算法的模糊PID控制器设计的有效性。

关键词：遗传算法模糊PID控制器三自由度量化因子和比例因子隶属度函数控制规则

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三自由度弹箭角运动模拟装置

探测与控制学报 2009年第3期31卷 60-63,67页

作者：龚建华王利杨显涛吴路宁武警特种警察学院爆破与防爆教研室北京100621 中北大学机电工程学院山西太原030051

国内外已经研制了多种弹箭角运动模拟装置,但大部分是一自由度或者两自由度,即使是三自由度的,其负载也是有限的,或者转速过低。依据弹箭外弹道运动中,初始攻角不为零情况下角运动的数学模型,研制了能够模拟弹箭三个角运动(进动、章动... 详细信息

国内外已经研制了多种弹箭角运动模拟装置,但大部分是一自由度或者两自由度,即使是三自由度的,其负载也是有限的,或者转速过低。依据弹箭外弹道运动中,初始攻角不为零情况下角运动的数学模型,研制了能够模拟弹箭三个角运动(进动、章动、自转)的模拟装置。并使用ADAMS软件仿真,验证了该三自由度半实物模拟装置运动轨迹与弹箭摆动方程攻角的变化规律一致,可作为引信和其他弹上设备研制的试验平台。

关键词：三自由度弹箭外弹道模拟