高速并联机械手轨迹规划及离线示教仿真研究

摘要

高速并联机械手被广泛应用于食品、电子、医疗等产业的高速分拣操作中，其可靠性和易用性成为了人们关注的重点。轨迹规划作为并联机械手控制的重要内容，对并联机械手的可靠性影响很大，示教软件作为用户操纵并联机械手完成指定任务的工具，其界面是否友好、操作逻辑是否简单决定了并联机械手的易用性。本文以Delta并联机械为研究对象，研究了其轨迹规划方法并开发了离线示教仿真软件，全文研究内容及成果如下：
　　在运动学与动力学分析方面，基于原有Delta并联机械手运动学模型，建立了其跃度逆解模型；通过使用多领域统一建模语言Modelica对Delta并联机械手进行了动力学建模，并通过仿真，验证了模型的正确性，为后续的轨迹规划和离线示教仿真提供了必要的理论基础。
　　在轨迹规划方面，针对高速并联机械手典型的抓放操作，提出了基于改进Gutman运动规律的轨迹规划方法，在门字形路径下，利用机械手的运动学和动力学模型，得到其运动学和动力学典型参数，并与基于正弦修正梯形运动规律进行对比分析，结果表明，本文提出的轨迹规划方法能够消除运动始末端的跃度突变，有效提高机械手的动态性能。在此基础上提出了基于改进Gutman运动规律的时间最优三阶轨迹规划算法，该算法能够在满足给定约束条件的情况下，计算得出轨迹时间最优的运动规律，通过在多组约束参数下进行仿真，验证了算法的正确性。
　　在离线示教仿真方面，对Delta并联机械手示教软件的功能需求进行了分析，在此基础上，利用WPF用户界面框架开发了示教软件交互界面，结合运动学模型，通过分析Delta并联机械手各运动部件的姿态表述，编程实现了示教软件操控界面与机械手仿真模型之间的实时交互操控。开发了Delta并联机械手动作编程模块，结合轨迹规划算法，在离线示教软件中实现了Delta并联机械手的仿真演示。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 Delta并联机械手运动学与动力学建模

2.1 引言

2.2 运动学建模

2.3 动力学建模

2.4 本章小结

第三章 Delta并联机械手轨迹规划

3.1 引言

3.2 运动路径规划

3.3 轨迹规划方法

3.4 三阶轨迹规划算法

3.5 轨迹规划仿真与优选

3.6 本章小结

第四章 Delta并联机械手离线示教软件设计

4.1 引言

4.2 软件开发平台的选择

4.3 示教软件功能需求分析

4.4 离线示教功能子系统的设计

4.5 编程功能子系统设计

4.6 仿真功能子系统实现

4.7 本章小结

第五章 全文结论

5.1 结论

5.2 工作展望

参考文献

附录

发表论文和参加科研情况说明

致谢