一种新型四自由度并联机构数控系统开发

摘要

面向大直径管件内壁焊接作业需求,以一种可实现快速定位、结构紧凑的新型四自由度并联机构为对象,侧重开展开放式数控系统的设计与开发研究,内容涉及机构运动学分析、虚拟样机设计、数控系统硬件平台搭建及软件系统开发等。全文取得成果概括如下:
　　(1)运动学分析。分析了2-UPS/RPU并联机构的结构特点,分别应用闭环矢量法、数值迭代法建立该机构的位置逆解及位置正解模型,并结合典型算例仿真验证了位置分析的正确性。
　　(2)虚拟样机设计。结合工程实践经验,利用Solidworks软件开发该机构的虚拟样机。综合考虑主动移动副行程及主动转动副、虎克铰链、球铰链转角等工程约束,应用网格搜索法确定该机构的工作空间。利用COSMOSMotion插件进行运动与动力仿真,并预估伺服电机参数。
　　(3)数控系统硬件开发。确定了以触屏人机界面+Turbo PMAC Clipper运动控制卡为核心的开放式数控系统硬件体系结构,设计了控制系统电气原理图,包括主回路、伺服驱动回路、接口电路等,并建造了数控系统硬件平台。
　　(4)数控系统软件开发。根据该机构控制系统的功能层次划分,开发了人机界面、系统回零、手动控制、自动运动、接口通讯等核心功能模块,完成软件系统开发。
　　上述研究工作为2-UPS/RPU机构的物理样机开发奠定了基础。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究状况

1.3 主要研究内容

第二章 运动学分析

2.1 引言

2.2 机构简介

2.3 坐标系建立及姿态描述

2.4 位置分析

2.5 算例分析

2.6 小结

第三章 虚拟样机开发及工作空间分析

3.1 引言

3.2 虚拟样机开发

3.3 工作空间分析

3.4 运动算例仿真

3.5 小结

第四章 数控系统硬件开发

4.1 引言

4.2 控制系统硬件平台总体结构

4.3 核心硬件选型

4.4 控制系统硬件模块设计

4.5 小结

第五章 数控系统软件开发

5.1 引言

5.2 数控系统软件结构设计

5.3 核心功能开发

5.4 人机界面设计

5.5 小结

第六章 全文总结

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢