正交三自由度并联机器人控制系统研究

论文摘要

并联机器人是机器人研究与应用的重要部分,它具有刚度大、承载能力强、位置误差不积累等串联机器人所无法比拟的优点,近些年来成为国内外学者研究的热点。正交三自由度并联机器人是并联机构众多型结构中的一种,又是一种少自由度并联机器人,它是由固定平台、运动平台和三个支链组成,其中三条支链两两正交,是一种X、Y、Z方向三平移自由度的并联机器人。它具有很大的工业应用价值,可广泛应用于生产线上的装配或操作机器人等各种用途。本文的研究对象为正交三自由度并联机器人的控制系统。由于并联机器人机构本身的特殊性,使它不能像串联机器人那样具有统一的结构和控制方法,针对不同结构的并联机器人需要不同的控制系统,因而往往需要开发具有针对性的控制系统平台和控制软件。因此,针对正交三自由度并联机器人的研究开发需要,我们提出了一种基于PC机和运动控制卡的正交三自由度并联机器人控制系统的设计方案。在对该机构进行运动学和动力学分析的基础上,采用PC机作为运动控制的核心处理部分,运动控制卡负责整个运动控制细节,选用伺服电机和伺服驱动器组成的伺服驱动系统,并以VB 6.0为工具,开发了具有开放式、通用性、灵活性的运动控制系统软硬件平台。本系统将PC机的信息处理能力和运动控制卡的运动控制能力有机的结合到一起,具有开放性程度高,信息处理能力强,实时调整优点突出,运动控制轨迹准确,通用性好的优点。同时运动控制卡提供了Windows环境下的动态链接库,使用非常方便,不仅大大缩短了产品的研制和开发周期,而且能够实现更加完美的运动控制系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图和附表清单
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 并联机器人研究的一些基本问题及研究现状
• 1.2.1 运动学分析
• 1.2.2 动力学分析与控制
• 1.2.3 机构性能分析
• 1.2.4 并联机构仿真
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 正交三自由度并联机器人的运动学、动力学分析
• 2.1 正交三自由度并联机器人机构描述
• 2.2 正交三自由度并联机器人运动学分析
• 2.2.1 位置正解和逆解
• 2.2.2 Jacobian矩阵和静力学分析
• 2.2.3 工作空间分析
• 2.3 正交三自由度并联机器人动力学分析
• 2.3.1 各支链耦合力方程
• 2.3.2 耦合力的计算
• 2.3.3 动力学方程
• 2.4 本章小结
• 3 控制系统的硬件设计
• 3.1 控制系统的结构和原理
• 3.2 控制系统的硬件实现
• 3.2.1 伺服驱动系统
• 3.2.2 运动控制器
• 3.3 控制系统的电气连接
• 3.3.1 伺服驱动系统的接线
• 3.3.2 四轴运动控制卡的安装与接线
• 3.3.3 脉冲/方向输出信号的连接
• 3.3.4 编码器输入及数字输入信号的连接
• 3.4 本章小结
• 4 控制系统的软件设计及实现
• 4.1 数控系统的基本功能
• 4.1.1 基本参数设置
• 4.1.2 速度设置
• 4.1.3 位置管理
• 4.1.4 运动状态实时反馈
• 4.1.5 运动控制
• 4.2 数控系统的软件结构及系统的初始化
• 4.2.1 控制系统的软件结构
• 4.2.2 系统的初始化
• 4.3 数控系统的模块设计及编程
• 4.3.1 运动控制模块
• 4.3.2 功能实现模块
• 4.3.3 监控模块
• 4.3.4 停止模块
• 4.4 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果