三自由度永磁球形电动机的轨迹规划

摘要

三自由度永磁球形电动机是一种结构新颖、高度集成化的多自由度运动的机电能量转换装置，具有广泛的应用前景。但目前仍处于理论研究及实验阶段，轨迹规划、运动控制等很多问题亟待解决。
　　本文首先采用旋量理论对三自由度永磁球形电动机运动学和动力学特性进行了分析。采用运动螺旋理论和POE指数积法综合分析了三自由度永磁球形电动机的运动学特点，并求解出了其运动学正解、逆解，得到三自由度永磁球形电动机速度变换的雅可比矩阵。利用凯恩方程和旋量理论求取了三自由度永磁球形电动机运动所需的驱动力矩，建立了三自由度永磁球形电动机动力学模型。
　　其次，采用多种数学方法对三自由度永磁球形电动机的轨迹规划问题展开了深入的研究，对相同的运动路径分别采用S曲线加减速法、三次样条法、B样条法对三自由度永磁球形电动机轨迹规划进行了探讨并进行了仿真实验。对相同运动路径使用不同的轨迹规划方法得到的运动轨迹进行了分析研究，比较了各种方法的性能差异。
　　最后，提出一种改善永磁球形电动机运动性能的最小冲击的轨迹规划方法，该方法以冲击平方积分的最小值作为平滑性能指标，采用遗传算法对最小冲击性能指标和相对应的时间节点向量全局寻优，规划出最小冲击轨迹。通过仿真实验验证了该方法的可行性和有效性。

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第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 目前研究所存在的问题

1.4 本课题研究的主要内容

第二章 基于旋量理论的永磁球形电动机运动学及动力学分析

2.1 永磁球形电动机正运动学分析

2.2 永磁球形电动机逆运动学分析

2.3 永磁球形电动机动力学分析

2.4 基于凯恩方程的动力学模型

2.5 小结

第三章 永磁球形电动机无约束轨迹规划

3.1 轨迹规划方法

3.2 仿真结果分析

3.3 小结

第四章 遗传算法最小冲击轨迹规划

4.1 遗传算法与目标函数

4.2 B样条约束条件

4.3 仿真结果分析

4.4 小结

第五章 总结与展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢