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三平动并联机器人动力学建模与控制系统研发

三平动并联机器人动力学建模与控制系统研发

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作者：白龙河北工程大学

学位级别：硕士

本文主要针对一种三平动并联机器人的控制系统设计,同时结合课题组对汽车柔性生产线上白车身输送定位平台的应用研究,以三平动3-UPU并联机构作为白车身输送平台定位平台的定位机构。文中围绕该并联机构进行一系列研究,完成了3-UPU并联... 详细信息

本文主要针对一种三平动并联机器人的控制系统设计,同时结合课题组对汽车柔性生产线上白车身输送定位平台的应用研究,以三平动3-UPU并联机构作为白车身输送平台定位平台的定位机构。文中围绕该并联机构进行一系列研究,完成了3-UPU并联机构的运动学分析、工作空间分析、动力学建模、SimMechanics建模,并根据输送定位平台对控制系统精确与快速性等特性的设计要求,设计了控制算法并建立控制系统模型。首先根据该并联机构参数与特点,基于D-H法与几何法分别建立运动学模型,求解了运动学正逆解与并联机构的雅克比矩阵。根据并联机构的虎克铰与移动副的约束条件,通过MATLAB软件编程求解了机构的工作空间范围,并绘制出3-UPU并联机构的工作空间三维图。然后根据第二类拉格朗日法,通过求解机构上平台与支链的动能和势能并同时考虑支链的移动副摩擦误差,建立动力学方程的显式标准式,使用规划的轨迹进行动力学仿真得到了三个驱动杆的力矩曲线。本文使用三种不同的控制方案对该并联机构进行控制系统的仿真,利用MATLAB的SimMechanics工具箱得到的3-UPU的模型作为控制系统的仿真对象。采用经典PID控制、鲁棒PI控制和基于改进遗传算法的鲁棒PI控制算法建立SIMULINK模型,得到在不同控制方案下控制轨迹跟踪曲线、速度跟踪曲线、误差曲线等。最后综合考虑白车身定位平台的控制要求,选择伺服驱动电动缸作为3-UPU并联机构的驱动单元,选择美国泰道公司的四轴工业运动控制器作为下位机,使用PC机作为并联机器人控制系统上位机的控制系统硬件方案。本文提出的三种针对白车身输送平台的3-UPU并联机构控制系统,通过SIMULINK仿真表明:使用基于改进的遗传算法鲁棒PI控制方案能够实现并联机构快速准确的轨迹跟踪,而且抗干扰性强、易于实现,优于其它两种方案。

关键词：白车身输送定位平台 3-UPU并联机构极限边界搜索法第二类拉格朗日动力学模型改进遗传算法鲁棒PI控制

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