一種輕型高速并聯(lián)機械手的設(shè)計與仿真研究.pdf

1、隨著機器人技術(shù)的快速發(fā)展，并聯(lián)機械手的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，已成為當今機器人領(lǐng)域新的研究熱點。針對并聯(lián)機械手機構(gòu)比傳統(tǒng)串聯(lián)機械手更復(fù)雜的問題，在電子科技大學(xué)學(xué)生機器人研究基金的支持下，本文以一種輕型高速的三自由度Delta并聯(lián)機械手為例，在完成其運動學(xué)與奇異性分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用聯(lián)合仿真技術(shù)對并聯(lián)機械手進行了靜動態(tài)特性的有限元分析以及控制策略的研究與分析。
　　首先，本文分析了三自由度并聯(lián)機械手機構(gòu)的工作原理，并對其進行了運動學(xué)分析。其

2、中，通過解析法獲得了機械手運動學(xué)逆解，并由幾何法求得了其運動學(xué)正解。另外，還討論了該并聯(lián)機械手可能發(fā)生的奇異位形。
　　其次，本文完成了該并聯(lián)機械手靜動態(tài)特性的有限元分析。采用聯(lián)合仿真技術(shù)，實現(xiàn)了Pro/E與ANSYS之間的數(shù)據(jù)交換接口，建立了并聯(lián)機械手的有限元分析模型，并對其分別進行了靜剛度與模態(tài)分析。通過靜剛度分析，研究輕型高速并聯(lián)機械手不同位姿與機構(gòu)性能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)末端執(zhí)行器越偏離中心而靠近工作空間邊界，其機構(gòu)的各項性能也越

3、差；通過模態(tài)分析，研究了輕型高速并聯(lián)機械手的前6階振型，觀察發(fā)現(xiàn)其振型集中表現(xiàn)在從動臂上。接著，提出了增加從動臂上的虛約束、適當增大從動臂的截面尺寸、選擇低密度高強度的復(fù)合材料等方法來優(yōu)化從動臂結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免并聯(lián)機械手高速運動過程中發(fā)生振動與變形。
　　然后，本文在充分研究SimMechanics工具箱中的基本模塊及機械系統(tǒng)框圖模型構(gòu)造方法的基礎(chǔ)上，聯(lián)合Pro/E軟件，并借助SimMechanics Link接口工具，建立了并聯(lián)機

4、械手的SimMechanics框圖模型，并基于此模型對該并聯(lián)機械手進行了運動學(xué)以及動力學(xué)仿真分析。
　　最后，本文基于不同控制策略對該并聯(lián)機械手進行了研究，實現(xiàn)了形象直觀的虛擬現(xiàn)實聯(lián)合仿真平臺。在確定并聯(lián)機械手的控制任務(wù)進后，設(shè)計了 PID控制器與模糊 PID控制器，并分別采用這兩種控制策略，實現(xiàn)了并聯(lián)機械手的空間螺旋曲線軌跡的跟蹤仿真。同時，根據(jù)軌跡跟蹤誤差的均方根值，對比分析了這兩個控制器的性能，表明基于模糊 PID的自適應(yīng)控