管道机器人运动平台的动力学分析与控制

管道机器人运动平台的动力学分析与控制

论文摘要

随着我国经济的发展,管道在人们的生产和生活中得到了广泛的应用,由于管道长期的使用,难免会有损坏、泄漏、断裂等现象。所以管道的维护问题便急需解决。但在某些场合,人们无法直接进行维护与修理,便需要一种能代替人们进行工作的机器,管道机器人便应运而生。以管道机器人的执行机构运动平台为研究背景。通过简化机构,建立了平台的物理模型,利用虚位移原理,列出静力学方程,求解出平台在外力作用下的杆的受力情况。通过对其平台机构参数的分析,建立了平台的运动学模型,及位置反解和速度反解方程。利用拉格朗日方法建立了动力学模型,推导出模型在不同位姿下的受力情况及求解方法。结合动力学及静力学方程的求解结果及机构的运动要求,对机构的驱动电机进行了选择。分析了电机的控制过程,对单支链采用闭环控制,使上平台的运动精度得到提高。根据支链的机构参数,建立了支链的物理模型及其传递函数,利用传递函数对系统进行了稳定性分析、误差分析和误差补偿。利用ADAMS软件,进行虚拟样机的建模,对机构进行了动力学和运动学仿真。通过具体实例的仿真,得到了运动学及动力学的输入、输出曲线图,通过曲线图的分析,得出平台机构运行平稳,符合设计要求,具有良好动力学性能。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 目录
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究背景
  • 1.2 管道机器人的发展现状
  • 1.3 管道机器人的研究状况综述
  • 1.3.1 管道机器人的发展情况
  • 1.3.2 并联机器人研究现状、发展动态
  • 1.4 选题意义及研究内容
  • 第2章 运动学和动力学分析
  • 2.1 并联机器人的结构参数及工作原理
  • 2.2 并联机器人的运动学模型
  • 2.2.1 齐次变换
  • 2.2.2 并联机器人位置反解
  • 2.2.3 并联机器人的速度反解
  • 2.3 静力学模型
  • 2.3.1 虚位移的概念
  • 2.3.2 理想约束
  • 2.3.3 虚位移原理
  • 2.3.4 静力学方程
  • 2.4 并联机器人动力学模型
  • 第3章 步进电机的选型及运动控制
  • 3.1 概述
  • 3.1.1 步进电动机的特点
  • 3.1.2 步进电动机的分类、原理及驱动
  • 3.1.3 步进电机的运行特性
  • 3.2 步进电机的选型
  • 3.3 步进电机的闭环控制
  • 3.3.1 闭环控制的总体思路
  • 3.3.2 光电编码器
  • 第4章 控制系统的数学模型及其分析
  • 4.1 并联机器人的机构参数
  • 4.2 支链系统的数学模型
  • 4.3 系统的性能分析
  • 4.3.1 系统的稳定性分析
  • 4.3.2 系统的误差分析
  • 4.3.3 系统的误差补偿方式
  • 第5章 运动平台的动力学仿真
  • 5.1 动力学分析与仿真的基本概念
  • 5.2 ADAMS的三个重要模块
  • 5.2.1 ADAMS/Vew(基本环境)
  • 5.2.2 ADAMS/Solver(求解器)
  • 5.2.3 ADAMS/PostProcessor(专用后处理模块)
  • 5.3 ADAMS中动力学求解算法
  • 5.3.1 微分-代数(DAE)方程的求解算法过程
  • 5.3.2 坐标缩减的微分方程求解过程算法
  • 5.4 并联机器人建模
  • 5.5 并联机器人仿真
  • 5.5.1 运动学正解仿真
  • 5.5.2 动力学仿真
  • 第6章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 相关论文文献

    标签:;  ;  ;  

    管道机器人运动平台的动力学分析与控制
    下载Doc文档

    猜你喜欢