电液复合驱动柔索并联机器人力学分析

摘要

本文依托于国家自然科学基金“电液复合驱动模块化可重构柔索并联机器人动态耦合特性、控制技术及实验研究(51575150)”项目，以电液复合驱动柔索并联机器人为研究对象，对其运动学、工作空间、耦合动力学、运动仿真及控制方案等问题进行了研究，主要工作如下:
　　1.本文介绍了电液复合驱动柔索并联机器人的结构特点，说明了不同构型的重构原理，对其工作空间的相关问题进行了研究。首先分析了考虑所有驱动时的耦合运动学模型，列写了静力学平衡方程，然后在MATLAB环境下利用Monte-Carlo方法进行了工作空间的搜索，并分析了末端执行器的质量、液压缸的高度以及移动模块的夹角对工作空间的影响，结果表明电液复合驱动柔索并联机器人可重构的特点可以大大提高其工作适应性。
　　2.本文对电液复合驱动柔索并联机器人的耦合动力学进行了研究，首先在考虑柔索的重力，惯性力，阻尼力及弹力的情况下分析了单根柔索的精确动力学模型，然后介绍了所采用的交流伺服系统，在此基础上建立了驱动系统的动力学模型，并采用拉格朗日法建立了整个系统的耦合动力学模型。
　　3.利用SolidWorks和ADAMS对电液复合驱动柔索并联机器人进行给定障碍物的避障运动仿真分析，结果表明上文所建立的耦合运动学模型正确，同时，柔索的弹性也会对系统的运动性能和精度造成影响。再将拉格朗日法和ADAMS建立的耦合动力学模型进行仿真对比，并利用实验进行验证，结果表明，拉格朗日法建立的耦合动力学模型正确。
　　4.根据电液复合驱动柔索并联机器人的特点，采用独立运动学闭环控制策略对系统进行控制仿真，并分析比较了传统PID控制方法和模糊PID控制方法，结果表明模糊PID的控制性能更好，更适用于多变量复杂时变系统，并且模糊PID法控制的实验系统精度更高。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 论文背景和研究意义

1．3．1 发展概况

1．3．2 国外研究现状

1．3．3 国内研究现状

1．4 本论文研究的主要内容

第二章 电液复合驱动柔索并联机器人工作空间分析

2．1 引言

2．2 运动学模型

2．2．1 结构设计

2．2．2 运动学模型

2．3 工作空间分析

2．4 结构参数对工作空间的影响

2．5 本章小结

第三章 电液复合驱动柔索并联机器人耦合动力学分析

3．1 引言

3．2 柔索动力学模型

3．3 驱动系统动力学模型

3．3．1 交流伺服系统概述

3．3．2 永磁同步电机数学模型

3．3．3 驱动系统模型

3．4 耦合动力学模型

3．4．1 动力学建模方法介绍

3．4．2 耦合动力学模型

3．5 本章小结

第四章 电液复合驱动柔索并联机器人动力学建模与仿真

4．1 引言

4．2．1 几何建模

4．2．2 添加约束

4．2．3 柔索建模

4．3 运动规划

4．3．1 路径规划

4．3．2 轨迹规划

4．4 数值仿真

4．5 实验分析

4．6 本章小结

第五章 电液复合驱动柔索并联机器人运动控制系统

5．1 引言

5．2 控制方案

5．3 PID控制器设计

5．3．1 数字PID控制策略

5．3．2 PID控制器设计

5．4 模糊PID控制器设计

5．4．1 模糊控制策略

5．4．2 模糊PID控制器设计

5．4．3 数值仿真

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况