【摘 要】
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由于冗余驱动可以改善并联机器人的性能,近几年得到了很多研究者的关注,但限于结构和驱动方式的复杂性,给机构分析和设计带来了难度,国内外在这个领域取得的研究成果并不多,
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由于冗余驱动可以改善并联机器人的性能,近几年得到了很多研究者的关注,但限于结构和驱动方式的复杂性,给机构分析和设计带来了难度,国内外在这个领域取得的研究成果并不多,因此对冗余驱动机构展开研究具有重要的理论和实际意义。本文以平面二自由度驱动冗余并联机器人机构为研究对象,进行机构优化设计、动力学分析及控制方法的研究,为该类机器人机构的设计及控制研究,提供理论依据。首先利用空间模型理论研究了平面二自由度驱动冗余并联机器人的机构尺寸与性能之间的关系,在空间模型内绘制了机器人的可达工作空间、灵巧度、承载能力、速度和刚度性能图谱,详细分析了全域性能指标值在空间模型内的分布规律。根据可达工作空间和全域性能图谱,研究了该并联机器人机构设计的基本原则,进行了尺寸参数优化,给出了机构的设计范例,并在此基础上,对机构的初始装配构型进行了优化,为设计者能够充分利用运动学性能设计机器人机构提供参考。结合拉格朗日方程和拉格朗日—达朗伯方程对平面二自由度驱动冗余并联机器人机构进行了动力学分析,建立了该机器人的动力学数学模型。利用MATLAB软件的Simulink模块,对平面二自由度驱动冗余并联机器人进行了建模,规划了一组典型运动,通过仿真得到了驱动关节的运动状态,并且根据该并联机器人的动力学数学模型,通过编程运算,得到了驱动关节的力矩变化曲线。讨论了两种典型的控制方法—PD控制和计算力矩控制,将其应用于平面二自由度驱动冗余并联机器人,并绘制出了这两种算法的控制框图。
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