论文部分内容阅读
制造业是国家立国基础,随着国家2025政策方针的提出,提高我国制造业水平和自动化程度成了大势所趋,机器人技术的快速发展就是其中一个重要表现。并联机器人作为机器人家族中特殊的一名成员,广泛运用在各种外形不规则小物件的快速抓取,大型件的码垛等领域。针对并联机器人在结构设计,控制等方面还存在的问题,本文以运动控制为主线,从运动学,工作空间,动力学,控制策略等几个方面对3-PUU并联机器人进行研究。首先,文章对3-PUU并联机器人进行了结构分析和自由度分析并采用解析法对机器人的正逆运动学进行了分析,求解出运动学中关键的雅克比矩阵。在此基础上采用曲面扫略分析结合机械结构形位约束的数形方法,对机器人的工作空间进行了分析,求解出了边界曲面的解析表达式,从而得出了空间尺寸与机械结构尺寸的关系,解决了数值分析方法一直无法解决的边界曲面方程的求解问题。然后,对求解出的工作空间进行了虎克铰约束分析,形成了运动学范畴的完整研究体系。在运动学分析的基础上,采用虚功原理的分析方法,对3-PUU并联机器人进行了动力学建模,得出了3个驱动端电机输出力矩和动平台运动轨迹之间的关系;在MATLAB上进行编程,得出指定轨迹下的驱动端电机输出转矩图,并在ADAMS动力学仿真软件上进行了仿真分析,在相同轨迹下将仿真分析结果与MATLAB理论编程计算结果进行对比、验证。接着,对机器人领域的控制策略进行研究,首先分析了常见的控制策略,对比了各自的优缺点,选出了属于运动学控制范畴的传统PD控制策略、基于动力学模型的计算力矩控制策略和基于模糊算法的动力学模型补偿控制策略,然后分别对他们的控制思路、控制流程进行了分析,并构建起MATLAB-ADAMS联合仿真平台,对三种控制算法的控制效果进行了仿真对比分析,以轨迹跟踪的精度为控制目标,得出了基于模糊算法的动力学模型补偿控制策略能获得更好的控制效果的结论。最后,进行实验样机验证,对3-PUU并联机器人的工作空间进行了三维空间扫描,验证前面分析结果的正确性,也为工程实际中机器人机构的设计提供了坚实的理论基础。