發(fā)布時(shí)間：2017-03-20 05:11

  本文關(guān)鍵詞：二自由度五桿機(jī)構(gòu)激光操作器軌跡規(guī)劃的控制設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：并聯(lián)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人的一個(gè)分支。與傳動(dòng)的串聯(lián)機(jī)器人不同,并聯(lián)機(jī)器人的基座與末端執(zhí)行器之間具有環(huán)狀的閉鏈約束,使其具有運(yùn)動(dòng)慣量低、負(fù)載能力強(qiáng)、剛度大等優(yōu)點(diǎn)。避免了串聯(lián)機(jī)器人在關(guān)節(jié)處的誤差累積效應(yīng),從而使得并聯(lián)機(jī)器人逐漸成為機(jī)器人領(lǐng)域里的一個(gè)研究熱點(diǎn)。并聯(lián)機(jī)器人已經(jīng)廣泛運(yùn)用于機(jī)床,機(jī)器人,力傳感器等領(lǐng)域。本文主要為激光操作器提供一個(gè)二自由度五桿操作器并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)平臺(tái),重點(diǎn)研究了二自由度五桿操作器控制系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)本設(shè)計(jì)首先對(duì)二自由度五桿操作器進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,隨后對(duì)該數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析求解,速度雅可比矩陣的求解和工作空間的計(jì)算。為后面上位機(jī)LabVIEW軟件機(jī)構(gòu)軌跡規(guī)劃和仿真做鋪墊。并對(duì)二自由度五桿操作器本體提出設(shè)計(jì)要求,并以此來(lái)設(shè)計(jì)總體方案和傳動(dòng)方案。然后分析了該機(jī)構(gòu)在關(guān)節(jié)空間常用軌跡規(guī)劃方法。(2)本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)了FPGA開(kāi)發(fā)板的相關(guān)電路原理圖及其使用方式。詳細(xì)闡述了交流伺服電機(jī)和減速機(jī)的選型及其工作原理。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)交流伺服電機(jī)的控制,專門為FPGA控制器設(shè)計(jì)了交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)接板。該轉(zhuǎn)接板將交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出的差分反饋信號(hào)轉(zhuǎn)換為單極信號(hào)輸入到FPGA控制板中。隨后還介紹了交流伺服電機(jī)的控制原理和控制方式。(3)本設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)軟件部分首先介紹了Quartus II軟件對(duì)下位機(jī)代碼的設(shè)計(jì)流程。然后闡述了控制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)控制流程:FPGA開(kāi)發(fā)板通過(guò)串口通信采集上位機(jī)LabVIEW軟件傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào),經(jīng)過(guò)下位機(jī)FPGA開(kāi)發(fā)板的處理,轉(zhuǎn)換成交流伺服電機(jī)可以識(shí)別的脈沖信號(hào)和模擬電壓信號(hào),控制交流伺服電機(jī)做出響應(yīng),使末端執(zhí)行器完成指定任務(wù)。并用Verilog HDL語(yǔ)言設(shè)計(jì)了伺服電機(jī)控制模塊,包括電平檢測(cè)模塊,串口通信波特率配置模塊,信號(hào)處理模塊和交流伺服電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制模塊。本設(shè)計(jì)更重要的是用LabVIEW軟件設(shè)計(jì)了上位機(jī)界面。在這個(gè)上位機(jī)界面內(nèi),完成直線規(guī)劃、圓弧規(guī)劃和工作空間的計(jì)算與仿真。并可以將計(jì)算后的數(shù)據(jù)通過(guò)串口輸出給FPGA開(kāi)發(fā)板。本設(shè)計(jì)完成了對(duì)本體結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)建模、正/逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解、軌跡規(guī)劃及其控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)仿真實(shí)際驗(yàn)證知,該設(shè)計(jì)系統(tǒng)有效可行。
【關(guān)鍵詞】：二自由度五桿機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)學(xué)求解 軌跡規(guī)劃 控制系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP242.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 課題研究的背景及意義9-10
• 1.2 并聯(lián)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 研究?jī)?nèi)容14-15
• 第2章 二自由度五桿操作器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-36
• 2.1 二自由度五桿操作器運(yùn)動(dòng)學(xué)分析15-30
• 2.1.1 二自由度五桿操作器的數(shù)學(xué)模型的建立15
• 2.1.2 二自由度五桿的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論概述15-20
• 2.1.3 二自由度五桿操作器正運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析與求解20-22
• 2.1.4 二自由度五桿操作器逆運(yùn)動(dòng)學(xué)的分析與求解22-23
• 2.1.5 速度雅克比矩陣23-27
• 2.1.6 二自由度五桿操作器工作空間的計(jì)算27-30
• 2.2 二自由度五桿操作器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)30-35
• 2.2.1 二自由度五桿操作器機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求30
• 2.2.2 二自由度五桿操作器總體方案設(shè)計(jì)30-32
• 2.2.3 二自由度五桿操作器傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)32
• 2.2.4 末端執(zhí)行器上的激光操作器32
• 2.2.5 激光頭的介紹及其安裝32-33
• 2.2.6 激光驅(qū)動(dòng)控制板的介紹33-35
• 2.3 本章小結(jié)35-36
• 第3章 二自由度五桿操作器軌跡規(guī)劃36-43
• 3.1 關(guān)節(jié)空間軌跡規(guī)劃36-40
• 3.1.1 三次多項(xiàng)式插值36-37
• 3.1.2 過(guò)路徑點(diǎn)的三次多項(xiàng)式插值37-39
• 3.1.3 高階多項(xiàng)式插值39
• 3.1.4 用拋物線過(guò)渡的線性插值39-40
• 3.2 關(guān)節(jié)軌跡規(guī)劃在激光打印領(lǐng)域的應(yīng)用40-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第4章 二自由度五桿操作器控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)43-56
• 4.1 二自由度五桿操作器控制器FPGA開(kāi)發(fā)板的研究44-47
• 4.2 二自由度五桿操作器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)47-54
• 4.2.1 二自由度五桿操作器驅(qū)動(dòng)方式的選取47-48
• 4.2.2 二自由度五桿操作器交流伺服電機(jī)及其減速機(jī)的選型48-50
• 4.2.3 二自由度五桿操作器交流伺服電機(jī)控制原理和控制方式50-54
• 4.3 二自由度五桿操作器控制系統(tǒng)硬件接線54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 二自由度五桿操作器控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)56-74
• 5.1 基于FPGA的二自由度五桿操作器交流伺服電機(jī)控制56-64
• 5.1.1 伺服電機(jī)控制模塊的整體設(shè)計(jì)56-58
• 5.1.2 伺服電機(jī)控制模塊的VerilogHDL設(shè)計(jì)58-62
• 5.1.3 波形仿真驗(yàn)證62-64
• 5.2 基于LABVIEW的二自由度五桿操作器上位機(jī)交互界面設(shè)計(jì)64-72
• 5.2.1 LabVIEW上位機(jī)界面設(shè)計(jì)64-72
• 5.3 本章小結(jié)72-74
• 第6章 總結(jié)和展望74-76
• 6.1 全文總結(jié)74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻(xiàn)76-79
• 致謝79-80
• 附錄 1：攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文目錄與專利情況80-81
• 附錄 2：攻讀碩士學(xué)位期間獲獎(jiǎng)情況81

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