6-DOF并联机器人曲面加工滑模变结构控制研究

论文摘要

曲面加工技术是现代加工技术和自动化制造技术的的交叉学科前沿,是衡量一个国家制造技术水平的重要标志,它对于促进国防工业和某些高新技术产业的发展具有十分重要的意义。由于并联机器人具有结构简单,传动链短等优点,因而在曲面加工技术中具有其他加工工具所不具有的优势。而长期以来,一直困惑自由曲面精加工取得实质性突破的关键问题之一,就是加工工具的运动位姿控制问题。基于此,本文选取6-DOF并联机器人作为研究对象,对其在曲面加工中的运动位姿控制等相关问题展开了研究。本文完成的主要工作如下:首先,分析了6-DOF并联机器人控制系统的构建方案;介绍了6-DOF并联机器人本体的机械结构及硬件环境;在此基础上,进行了6-DOF并联机器人的运动学逆解分析,并规划出该系统在设定作业任务下的运动轨迹。其次,在控制理论的研究方面,由于并联机器人系统具有很强的耦合性和不确定性,外部扰动大,且又要求较高的跟踪精度,所以,对其进行运动位姿控制是一个比较困难的问题。而滑模变结构系统能够有效的解决非线性问题,且对参数不确定性和外部扰动具有强鲁棒性。鉴于滑模变结构控制的这一系列优点,本文设计了动态滑模变结构控制器,研究了其在六自由度并联机器人曲面加工控制中的应用,仿真结果表明该控制律具有快速有效跟踪期望轨迹的优良性能,具有很好的控制精度。最后,采用VC++与MATLAB混合编程的方法设计了系统的控制软件,在6-DOF并联机器人曲面加工系统上进行了实验。实验结果表明,该并联机器人能在其工作空间内完成给定的轨迹运动,而且具有一定的控制精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 并联机器人的发展、特点及应用
• 1.2.1 并联机器人的发展
• 1.2.2 并联机器人的特点及应用
• 1.3 曲面加工的并联机床技术国内外发展
• 1.4 课题研究的内容和意义
• 1.4.1 课题研究的内容
• 1.4.2 课题研究的意义
• 第二章 六自由度并联机器人曲面加工控制系统
• 2.1 引言
• 2.2 六自由度并联机器人曲面加工控制系统介绍
• 2.2.1 控制系统的结构
• 2.2.2 运动控制卡PMAC简介
• 2.2.3 交流伺服控制系统
• 2.2.4 PMAC与被控对象的连接
• 2.2.5 6-DOF并联机器人本体
• 2.2.6 6-DOF并联机器人本体机械结构及参数
• 2.3 交流伺服驱动支路模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 6-DOF并联机器人的轨迹规划
• 3.1 引言
• 3.2 刚体位置和姿态描述
• 3.3 运动学逆解分析与求解
• 3.3.1 运动学逆解的分析
• 3.3.2 求解
• 3.4 并联机构的轨迹规划
• 3.4.1 轨迹规划基本概念
• 3.4.2 6-DOF并联机器人曲面加工轨迹规划的求解
• 3.5 本章小结
• 第四章 滑模变结构控制方法的基本理论及分析
• 4.1 引言
• 4.2 滑模变结构控制理论的介绍
• 4.2.1 滑模变结构控制理论的提出
• 4.2.2 滑模变结构控制研究的发展概况
• 4.2.3 变结构控制的特点
• 4.2.4 滑动模态及其数学表达式
• 4.2.5 到达条件
• 4.2.6 等效控制和趋近律
• 4.3 滑摸变结构控制的抖振研究与抑制
• 4.3.1 变结构控制系统中的抖振问题
• 4.3.2 抖振产生的原因
• 4.3.3 削弱抖振的常用方法
• 4.4 滑模变结构控制应用
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于滑模变结构轨迹跟踪控制的系统仿真
• 5.1 引言
• 5.2 滑模变结构控制器的设计
• 5.3 轨迹跟踪的仿真及分析
• 5.3.1 轨迹跟踪仿真模型及结果
• 5.3.2 轨迹跟踪仿真误差曲线及其分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 6-DOF并联机器人曲面加工系统软件设计及实验
• 6.1 引言
• 6.2 VC++与MATLAB混合编程
• 6.2.1 VC调用MATLAB方法
• 6.2.2 混合编程的具体实现
• 6.3 六自由度并联机器人曲面加工控制系统的软件开发
• 6.3.1 控制软件的主要工作流程
• 6.3.2 控制软件的实现
• 6.4 六自由度并联机器人曲面加工的实验结果
• 6.5 本章小结
• 第七章 全文总结及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的论文