驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)器人滑?？刂频难芯?br />
2.77萬(wàn)字
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摘要：并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、精度高、誤差小、承載力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)、航天航海、醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)展迅速。冗余驅(qū)動(dòng)的少自由度的并聯(lián)機(jī)器人，能集方便、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單能利用冗余特性完全或部分消除奇異性，優(yōu)化分配驅(qū)動(dòng)力等優(yōu)點(diǎn)于一身，成為未來(lái)并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展方向。然而，由于并聯(lián)機(jī)器人是一個(gè)具有時(shí)變、強(qiáng)耦合和非線性動(dòng)力學(xué)特性的多變量輸入輸出系統(tǒng)，給動(dòng)力學(xué)分析和控制研究帶來(lái)許多問(wèn)題。本文針對(duì)一種新型的驅(qū)動(dòng)冗余三自由度并聯(lián)機(jī)器人，在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模、控制其設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)仿真方面的研究。
對(duì)所研究的并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，求出位置逆解、速度逆解，導(dǎo)出雅可比矩陣，得到驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)速度與末端執(zhí)行速度之間影響關(guān)系，完成末端執(zhí)行力和驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)力之間的重要轉(zhuǎn)換，這對(duì)基于力的控制極為重要。動(dòng)力學(xué)研究的是驅(qū)動(dòng)力與系統(tǒng)的位置、速度、加速度之間的關(guān)系，因此要想實(shí)現(xiàn)最佳的跟蹤控制，建立動(dòng)力學(xué)模型是非常必要的。
首先，將并聯(lián)機(jī)器人劃分成動(dòng)平臺(tái)、支鏈、滑塊、靜平臺(tái)，求出對(duì)應(yīng)動(dòng)能和勢(shì)能，再采用拉格朗日方法，計(jì)算出動(dòng)力學(xué)方程中的參數(shù)，并結(jié)合驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)力與末端執(zhí)行的空間力，得到完整的機(jī)器人動(dòng)力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)滑?？刂破鲗?duì)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行控制。仿真結(jié)果驗(yàn)證了所建動(dòng)力學(xué)模型合理性和滑?？刂破鞯恼_性。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)機(jī)器人 動(dòng)力學(xué)建模 滑?？刂?MATLAB仿真

Sliding Mode Control for a Parallel Manipulator with Actuation Redundancy
Abstract Parallel robot has the advantages of high rigidity, high precision, small error, strong bearing capacity, rapid development in the industrial, aerospace, medical and other fields of navigation. Redundant driving less degree of freedom parallel robot, can set the convenient, simple mechanism can utilize the redundancy characteristics completely or partially eliminate singularity distribution, optimization. The driving force in a body, become the future development trend ofparallel robot. However, because of the parallel robot is a multi variablewith time-varying, strong coupling and nonlinear dynamic characteristics of the input and output system, bring many problems to the study of dynamics analysis and control. In this paper a redundant actuation model of three degree of freedom parallel robot, on the basis of kinematics analysis for dynamics modeling, control design and research the experiment simulation.
Inverse velocity derived Jacobi matrix affect the relationship between the driver to get the speed and the end of the joint execution speed, execution and completion of the end of the driving forces on the joint study between the parallel robot kinematics analysis, inverse position is obtained, the important conversion, based on which power control is very important.
Kinetic studies of the relationship between the position of the driving forces and systems, velocity, acceleration between, so in order to achieve optimal tracking control, the dynamic model is essential.
First, the parallel robot is divided into a moving platform, branched, slider, static platform, find the corresponding kinetic and potential energy, and then using the Lagrangian method to calculate the kinetic parameters of the equation, combined with the driving force and end joints space force, a complete robot dynamics model.
We experimentally derived kinetic model was built and reasonably good sliding mode controller performance conclusions. Working paper for the further application of robotic systems in parallel redundant drive laid the foundation, but also to provide a reference for the theory and application of other types of parallel robots, parallel robots help achieve high-quality operation.

Key words: parallel manipulator dynamic model sliding mode control MATLAB simulation

目 錄
第一章 緒論 2
1.1 并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展歷史 2
1.1.1 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的起源及其特點(diǎn) 2
1.1.2 并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 2
1.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀 2
1.2.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2
1.2.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模 2
1.2.3 并聯(lián)機(jī)器人的控制策略研究 2
1.3 課題研究主要內(nèi)容 2
第二章 并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 2
2.1 驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的描述 2
2.1.2 坐標(biāo)系建立與坐標(biāo)的描述 2
2.1.3 位置逆解 2
2.1.4 Jacobian矩陣 2
第三章 動(dòng)力學(xué)模型的建立 2
3.1 并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)建模 2
3.1.1 建模方法的選擇 2
3.1.2 拉格朗日方程法(L法) 2
3.2 lagrange動(dòng)力學(xué)建模 2
3.2.1 系統(tǒng)動(dòng)能 2
3.2.2 系統(tǒng)勢(shì)能 2
3.2.3 動(dòng)力學(xué)建模 2
第四章 硬件設(shè)計(jì) 并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)介紹 2
4.1 并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)運(yùn)行原理 2
4.2 并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件部分 2
4.2.1 驅(qū)動(dòng)冗余三自由度并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù) 2
4.2.2 現(xiàn)場(chǎng)控制器部分 2
4.2.3 并聯(lián)機(jī)器人現(xiàn)場(chǎng)控制器電路邏輯及控制通訊等相關(guān)技術(shù)參數(shù) 2
4.3 并聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件選擇 2
4.3.1 工業(yè)控制計(jì)算機(jī)IPC 2
4.3.2 UMAC運(yùn)動(dòng)控制器 2
4.3.3 伺服系統(tǒng)選擇 2
第五章 并聯(lián)機(jī)器人的滑模變結(jié)構(gòu)控制 2
5.1 滑模變結(jié)構(gòu)控制理論 2
5.1.1 滑模控制理論的基本概念 2
5.1.2 滑模變結(jié)構(gòu)控制的研究現(xiàn)狀 2
5.1.3 滑?？刂频奶攸c(diǎn) 2-br..