基于交叉耦合的并聯(lián)機(jī)器人同步控制方法研究.pdf

1、本文密切結(jié)合機(jī)器人3D打印、機(jī)器人涂膠、并聯(lián)機(jī)床等領(lǐng)域?qū)Σ⒙?lián)機(jī)器人軌跡高精度要求，在國家自然科學(xué)基金“基于電機(jī)性能參數(shù)的高速并聯(lián)機(jī)構(gòu)集成優(yōu)化設(shè)計(jì)”項(xiàng)目的資助下，以三自由度Delta并聯(lián)機(jī)器手為例，系統(tǒng)研究了輪廓誤差模型與交叉耦合同步控制，包括運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體動(dòng)力學(xué)建模、輪廓誤差數(shù)學(xué)建模、交叉耦合控制器設(shè)計(jì)等，并結(jié)合Delta并聯(lián)機(jī)械手工程化樣機(jī)，開展性能試驗(yàn)研究。全文取得如下成果:
　　在運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)建模方面，運(yùn)用矢量鏈法建立了機(jī)械

2、手運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并針對并聯(lián)機(jī)器人逆解難以求解的特點(diǎn)，得到了位置正解表達(dá)式。同時(shí)采用雅可比矩陣方法得到并聯(lián)機(jī)器人的速度、加速度解析表達(dá)式。結(jié)合并聯(lián)機(jī)械手的特點(diǎn)，建立了完備和簡化剛體動(dòng)力學(xué)模型，簡化剛體動(dòng)力學(xué)模型具有較高的計(jì)算效率和較好的精度，而且為基于交叉耦合的機(jī)器人力矩前饋控制奠定了基礎(chǔ)。
　　在空間輪廓誤差建模方面，首先針對二維平面曲線，建立了平面直線、圓弧軌跡輪廓誤差模型。在此基礎(chǔ)上在三維空間進(jìn)行擴(kuò)展，建立和分析了三維空間的任意

3、曲線的輪廓誤差模型。針對三維空間輪廓誤差模型，創(chuàng)新性的提出了一種基于Frenet標(biāo)架的空間輪廓誤差估計(jì)模型，排除了系統(tǒng)的時(shí)滯效應(yīng)對輪廓誤差的影響，提高了控制算法對輪廓誤差的控制效果。
　　在交叉耦合控制器設(shè)計(jì)方面，針對Delta并聯(lián)機(jī)械手，設(shè)計(jì)了一種變增益交叉耦合控制器，并分析了該交叉耦合控制器的李雅普諾夫穩(wěn)定性。同時(shí)建立了simulink動(dòng)力學(xué)仿真模型，并分別結(jié)合PD控制、力矩前饋PD控制進(jìn)行了仿真，結(jié)果表明交叉耦合控制器對于提