一種輕型高速并聯(lián)機(jī)械手的設(shè)計(jì)與仿真研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，并聯(lián)機(jī)械手的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，已成為當(dāng)今機(jī)器人領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。針對(duì)并聯(lián)機(jī)械手機(jī)構(gòu)比傳統(tǒng)串聯(lián)機(jī)械手更復(fù)雜的問(wèn)題，在電子科技大學(xué)學(xué)生機(jī)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(jī)械手為例，在完成其運(yùn)動(dòng)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(duì)并聯(lián)機(jī)械手進(jìn)行了靜動(dòng)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(jī)械手機(jī)構(gòu)的工作原理，并對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。其

2、中，通過(guò)解析法獲得了機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，并由幾何法求得了其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解。另外，還討論了該并聯(lián)機(jī)械手可能發(fā)生的奇異位形。
　　其次，本文完成了該并聯(lián)機(jī)械手靜動(dòng)態(tài)特性的有限元分析。采用聯(lián)合仿真技術(shù)，實(shí)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(jī)械手的有限元分析模型，并對(duì)其分別進(jìn)行了靜剛度與模態(tài)分析。通過(guò)靜剛度分析，研究輕型高速并聯(lián)機(jī)械手不同位姿與機(jī)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(jī)構(gòu)的各項(xiàng)性能也越

3、差；通過(guò)模態(tài)分析，研究了輕型高速并聯(lián)機(jī)械手的前6階振型，觀(guān)察發(fā)現(xiàn)其振型集中表現(xiàn)在從動(dòng)臂上。接著，提出了增加從動(dòng)臂上的虛約束、適當(dāng)增大從動(dòng)臂的截面尺寸、選擇低密度高強(qiáng)度的復(fù)合材料等方法來(lái)優(yōu)化從動(dòng)臂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，避免并聯(lián)機(jī)械手高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生振動(dòng)與變形。
　　然后，本文在充分研究SimMechanics工具箱中的基本模塊及機(jī)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(jī)

4、械手的SimMechanics框圖模型，并基于此模型對(duì)該并聯(lián)機(jī)械手進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)仿真分析。
　　最后，本文基于不同控制策略對(duì)該并聯(lián)機(jī)械手進(jìn)行了研究，實(shí)現(xiàn)了形象直觀(guān)的虛擬現(xiàn)實(shí)聯(lián)合仿真平臺(tái)。在確定并聯(lián)機(jī)械手的控制任務(wù)進(jìn)后，設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了并聯(lián)機(jī)械手的空間螺旋曲線(xiàn)軌跡的跟蹤仿真。同時(shí)，根據(jù)軌跡跟蹤誤差的均方根值，對(duì)比分析了這兩個(gè)控制器的性能，表明基于模糊 PID的自適應(yīng)控