【摘要】：隨著勞動力成本快速上升和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整升級,機器人替代人工勞動力成為了行業(yè)快速發(fā)展的催化劑,并且使得各產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟性拐點加速到來。世界主要經(jīng)濟體紛紛將發(fā)展機器人產(chǎn)業(yè)上升為國家戰(zhàn)略。我國工信部也發(fā)布了《關(guān)于機器人產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的指導(dǎo)性意見》,明確指出,隨著我國從制造大國向制造強國邁進,對機器人的需求呈現(xiàn)出爆發(fā)性態(tài)勢。在機器人領(lǐng)域,相較于串聯(lián)機器人,并聯(lián)機器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、強承載能力、高剛度、無累積誤差、高精度等特點,已越來越受到人們的關(guān)注。隨著并聯(lián)機器人應(yīng)用領(lǐng)域的擴展,人們發(fā)現(xiàn)很多實際操作任務(wù),諸如在電子、食品、包裝和機械裝配等領(lǐng)域,不需要機器人具有空間全部六個自由度,只需要三個平移自由度就可以滿足使用要求。并聯(lián)機器人自由度的減少也使運動副和桿件數(shù)相應(yīng)減少,從而并聯(lián)機器人的機械結(jié)構(gòu)更加簡單,使設(shè)計、制造和控制的成本得到降低。特別是那些擁有相同分支鏈、結(jié)構(gòu)對稱和各向同性特性的三平移并聯(lián)機器人,應(yīng)用前景更加廣闊。本文在國家自然科學(xué)基金(51275275)和山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家科研獎勵基金(BS2010HZ010)的資助下,完成了空間對稱三平移并聯(lián)機器人的型綜合、尺寸優(yōu)化及動力學(xué)控制的研究。第一,利用基于約束螺旋理論求解自由度的方法,依據(jù)運動支鏈中運動副種類及數(shù)目的不同,將空間對稱三平移并聯(lián)機器人劃分為13種類型,并詳細探討了每類并聯(lián)機器人分支鏈中各運動副在空間的布置形式。依據(jù)并聯(lián)機器人各分支鏈對運動副的布置要求,將3-CRP并聯(lián)機器人作為本文的并聯(lián)機器人構(gòu)型。第二,建立了并聯(lián)機器人運動學(xué)模型,提出了改進型的全局性運動學(xué)評價指標(biāo),詳細分析了并聯(lián)機器人各幾何尺寸參數(shù)對其工作空間、靈巧度及速度性能的影響規(guī)律。第三,在正交試驗法分析的基礎(chǔ)上,提出了因素貢獻量(FC)概念,研究了并聯(lián)機器人幾何尺寸參數(shù)對其工作空間、靈巧度及速度性能等運動學(xué)特性的貢獻量大小。采用自適應(yīng)遺傳算法,以并聯(lián)機器人工作空間、靈巧度及速度性能為優(yōu)化目標(biāo),對并聯(lián)機器人的幾何尺寸進行了優(yōu)化。第四,利用虛功原理建立了并聯(lián)機器人的動力學(xué)模型。采用基于動力學(xué)補償?shù)挠嬎懔乜刂品桨?對并聯(lián)機器人的軌跡跟蹤進行控制,并通過Simulink與ADAMS聯(lián)合仿真驗證了計算力矩控制的可靠性。分析得到并聯(lián)機器人動力學(xué)建模誤差的存在以及不確定性因素干擾情況下,計算力矩控制效果欠佳,基于此采用了魯棒控制方案,通過聯(lián)合仿真驗證了魯棒控制的有效性。
[Abstract]:With the rapid increase of labor cost and the adjustment and upgrading of industrial structure, robot replacement of artificial labor has become the catalyst of rapid development of the industry, and the economic inflection point of various industries has been accelerated. Major economies in the world have upgraded the development of the robotics industry into a national strategy. The Ministry of Industry and Information Technology of China has also issued the guiding opinion on the healthy Development of Robot Industry, which points out clearly that with the development of our country from a large manufacturing country to a powerful manufacturing country, the demand for robots presents an explosive trend. In the field of robot, compared with serial robot, parallel robot has been paid more and more attention because of its compact structure, strong bearing capacity, high stiffness, no accumulated error and high precision. With the expansion of parallel robot applications, it has been found that many practical tasks, such as electronics, food, packaging and mechanical assembly, do not require the robot to have all six degrees of freedom in space. Only three degrees of translation are required to meet the requirements. The reduction of the degree of freedom of the parallel robot also reduces the number of the kinematic pair and the number of the rod, so that the mechanical structure of the parallel robot is simpler and the cost of design, manufacture and control is reduced. Especially those tri-translational parallel manipulators with the same branching chain, symmetrical structure and isotropic characteristics have a wider application prospect. In this paper, with the support of the National Natural Science Foundation of China (51275275) and the Science and Research Award Foundation of Shandong Province for Young and Middle-aged scientists (BS2010HZ010), the research on the type synthesis, size optimization and dynamic control of the space symmetric three-translational parallel robot has been completed. Firstly, the method of solving degree of freedom based on constrained helical theory is used. According to the different types and numbers of kinematic pairs in the kinematic branching chain, the spatial symmetric three-translational parallel robot is divided into 13 types. The spatial layout of each kinematic pair in each kind of parallel robot branching chain is discussed in detail. According to the requirements of each branch chain of the parallel robot for the kinematic pair arrangement, the 3-CRP parallel robot is used as the configuration of the parallel robot in this paper. Secondly, the kinematics model of parallel robot is established, and an improved global kinematics evaluation index is proposed. The effects of geometric parameters of parallel robot on workspace, dexterity and speed performance are analyzed in detail. Thirdly, based on the analysis of orthogonal test method, the concept of factor contribution quantity (FC) is proposed, and the contribution of geometric dimension parameters of parallel robot to its workspace, dexterity and velocity performance is studied. Using adaptive genetic algorithm (AGA) to optimize the workspace, dexterity and speed performance of parallel robot, the geometric size of parallel robot is optimized. Fourthly, the dynamic model of parallel robot is established by using the principle of virtual work. The trajectory tracking of the parallel robot is controlled by a dynamic compensation based moment control scheme, and the reliability of the calculated torque control is verified by Simulink and ADAMS simulation. By analyzing the dynamic modeling error of parallel robot and the disturbance of uncertain factors, the calculated torque control effect is not good. Based on this, the robust control scheme is adopted, and the effectiveness of the robust control is verified by joint simulation.
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP242

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本文編號：2217990