Delta机器人轨迹跟踪控制仿真研究

摘要

随着机器人技术的不断发展，机器人已经在各行各业被广泛使用，其中并联机器人因具有操作空间大、承载能力强、运动精度高、运动学逆解简单、操作速度快等一系列优点，受到众多研究者的青睐。近几年来，在化妆品、药品和电子等领域的包装生产线上，存在着大批量重复性的工作，如拆卸、分拣、搬运等，目前这类工作大部分由人工来完成，这势必会降低工作效率和产品精度。因此急需开发一种少自由度机械手来代替人工完成上述工作，以提高工作效率和产品精度。Delta机器人是一种典型的空间三自由度平动并联机构，与串联机器人相比，它的整体结构比较简单、末端执行器运动速度高等优点，已成功解决了上述问题并得到广泛应用。目前国内外对Delta机器人在轨迹规划、控制策略等方面的研究还不够成熟，导致在运行过程中存在运动精度不高、运动稳定性较低等问题。
　　本文以工业中应用最为广泛的三自由度Delta机器人为研究对象，首先对国内外Delta机器人的研究现状进行了概括总结。
　　其次以Delta机器人的工作原理和结构特点为依据，分析了机构的自由度数、结构设计参数和结构联接形式，运用Pro/E软件建立Delta机器人的三维实体模型，并验证了模型的合理性。
　　再者利用Pro/E软件和ADAMS软件之间的接口，将所建立的Delta机器人的三维实体模型导入到ADAMS中，通过添加质量和约束建立虚拟机器人模型，在关节空间中对Delta机构的期望轨迹进行合理的轨迹规划，基于ADAMS软件进行运动学和动力学仿真分析。仿真结果表明：末端执行器的速度和加速度以及主动臂的角速度和角加速度随时间变化均匀且连续，拐角处过渡平滑；Delta机器人运行过程较为平稳，具有良好的运动性能。
　　最后为了改善机构的轨迹跟踪精度，以Delta机器人末端执行器的运动轨迹为控制目标，采用MATLAB软件分别建立PID控制系统和模糊PID控制系统，基于ADAMS和MATLAB进行联合仿真。仿真结果表明：模糊PID控制相对于PID控制不仅响应速度较快，而且控制精度较高，达到了较为满意的仿真效果，该结果可为Delta机器人轨迹跟踪控制研究提供可靠的理论化指导。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国外研究现状

1.3 国内研究现状

1.4 国内外研究现状对本课题的启示

1.5 课题研究目标和研究方法

1.6 研究内容

第2章 Delta机器人的理论基础和结构分析

2.1 引言

2.2 位置和姿态的表示

2.3 坐标变换

2.4 结构分析

2.5 本章小结

第3章 Delta机器人结构设计与运动学分析

3.1 引言

3.2 Delta机器人结构设计

3.3 运动学分析

3.4 本章小结

第4章 基于ADAMS的运动学和动力学仿真研究

4.1 引言

4.2 ADAMS软件介绍

4.3 虚拟样机模型的建立

4.4 运动学仿真

4.5 动力学仿真

4.6 本章小结

第5章 基于MATLAB和ADAMS的轨迹跟踪控制仿真研究

5.1 引言

5.2 仿真控制平台在MATLAB中的建模

5.3 常规PID控制仿真

5.4 模糊PID控制仿真

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间取得的成果(论文、专利、奖励)