电液复合驱动柔索并联机器人导向装置设计、仿真分析与实验研究

摘要

本文依托国家自然科学基金“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，基于模块化可重构柔索并联机器人平台，针对原有试验中伺服电机在牵引柔索运动过程中出现卡死、跳槽、振动、断裂等问题引起柔索牵引的末端执行器运动精度的降低以及振动的放大，本文设计一种电液复合驱动柔索并联机器人导向装置，并完成该装置的三维模型构建、运动学分析、导向装置动力分析、传感器采集监控系统设计，并开展实验研究，本文完成的主要工作如下:
　　1.介绍了电液复合驱动柔索并联机器人的机械结构，并对柔索导向装置进行详细阐述，通过对导向装置机械结构进行优化和创新设计，给出一种能够实现柔索动态导向、柔索长度、姿态以及柔索内部张力的实时检测的方案，设计了一种电液复合驱动柔索并联机器人导向装置，并完成该装置三维模型的构建和运动学分析。
　　2.完成了电液复合驱动柔索并联机器人的adams动力学模型，加载Matlab避障仿真中导出的柔索伸缩、导向装置环形运动的驱动数据，完成adams动力学仿真分析并将仿真轨迹和初始的避障轨迹进行对比，分析出对比偏差可能的诸多原因，另外仿真分析出柔索张力变化与末端执行器的运动变化，并分析出对应的内在关系。
　　3.完成对电液复合驱动柔索并联机器人控制检测系统的硬件和软件的整体配置。硬件的配置包括工控机、运动控制器、数据采集卡、拉力传感器、电机驱动器、伺服电机、拉力传感器等硬件的选型;软件的设计内容主要包括上位机的软件设计和传感器采集系统的设计。包括上位机开发软件的选择以及上位机通过运动控制器和数据采集卡完成对并联机器人各个电机的控制和各个传感器的联合数据采集。
　　4.以电液复合驱动柔索并联机器人避障实验为基础，阐述了本电液复合驱动柔索并联机器人的基本组成部分，针对多功能模块化柔索导向装置开展实验动态检测、分析与验证，分别从柔索长度变化、导向装置旋转角度变化、柔索拉力数值变化以及拉力传感器对比应变片组传感器优劣四个方面开展具体的实验探究和验证。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文来源(Source of Thesis)

1．2 论文背景及研究意义(Background and Significance)

1．3 国内外研究现状

1．3．1 柔索并联机器人国内外发展现状

1．3．2 柔索导向装置的发展状况

1．4 本文研究的主要内容

第二章 导向装置三维建模与运动学分析

2．1 引言(Introduction)

2．2 柔索导向装置结构建模

2．3 柔索导向装置运动学分析

2．4 柔索张力实时检测分析

2．5 本章小结

第三章 电液复合驱动柔索并联机器人动力学仿真分析

3．1 引言

3．2 电液复合驱动柔索并联机器人实际结构参数介绍

3．3 仿真模型建立和仿真实验结果

3．3．1 仿真模型建立

3．3．2 动力学仿真实验结果

3．4 本章小结

第四章 避障运动控制检测系统的设计

4．1 引言(Introduction)

4．2 运动控制检测系统的硬件设计

4．2．1 硬件系统结构设计图

4．2．2 各类硬件的选型

4．3 运动控制检测系统软件设计

4．3．1 LabVIEW软件与数据采集卡、运动控制器调用

4．3．2 软件总系统流程图

4．3．3 运动控制检测系统软件主要程序段介绍

4．4 本章小结

第五章 电液复合驱动柔索并联机器人导向装置实验研究

5．1 引言

5．2 电液复合驱动柔索并联机器人平台介绍

5．3 实验避障方案的简单阐述

5．4 基于避障的导向装置实验分析

5．4．1 柔索长度实验检测

5．4．2 导向装置旋转角度试验检测

5．3．3 柔索拉力实验检测

5．3．4 拉力传感器数据与应变片检测张力对比

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

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