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基于DELTA机构三自由度并联数控实验台基础技术研究

作　者: 薛永红
导　师: 高铁红
学　校: 河北工业大学
专　业: 械工程
关键词: DELTA机构 三自由度并联实验台 运动学分析 ADAMS仿真 ADSP
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


对于传统的串联机床而言,它的数学模型比较简单而机构却相对复杂,而对于并联机床来说,它的机构相对简单但数学模型却非常复杂。在并联机床中,其末端执行器的精确运动是在经过复杂的数学运算的基础上实现的,这种新型的虚拟轴并联机床与传统串联机床的结构完全不同,它不依赖于固定导轨进行刀具导向,而是采用了多杆空间并联机构进行驱动。由于并联机床的机械结构简单、动平台质量轻、模块化程度高、变通性强以及技术附加值高,被广泛应用在各个领域。因此,开展并联数控机床的研究将具有重要的理论意义和实际应用价值。DELTA机构是并联机构的一种,它属于少自由度空间并联机构,其动平台相对静平台能够实现三维平动。本文基于DELTA机构,研究一种新型三自由度并联数控实验台,从机构的位置分析、奇异位形分析、工作空间分析、运动学仿真分析、样机研制与数控系统开发以及联机调试等方面进行了系统研究,取得了一定的研究成果。1.本文研究一种基于DELTA机构三自由度并联数控实验台。通过对其进行位置正反解分析建立机械结构的运动学模型,并在位置正解的基础上得到了机构的可达工作空间,为实验台样机设计及制作提供理论基础。该并联实验台以三个伺服电机为驱动,通过联动控制三根驱动臂实现对动平台的运动控制,其驱动部分均布于静平台上,机动性能好。2.考虑并联数控实验台的结构特点,利用UG建立实验台的三维模型,并在ADAMS中对其进行运动仿真,对刀位点的速度、加速度与位移曲线进行分析,验证机构设计的合理性,为物理样机结构改进设计提供理论依据。3.考虑并联数控实验台的控制要求,开发基于ADSP三自由度并联实验台的数控系统。该系统以ADSP为核心处理器,构建PC机+ADSP的数控系统硬件平台。上位PC机采用Visual C++开发软件平台,可识别G代码和CorelDraw代码;下位机ADSP采用C语言开发驱动软件,实现对三个电机联动控制;上下位机通过串口RS232实现实时通讯。4.在上述理论研究基础上,研制三自由度并联数控实验台的物理样机,通过联机调试,实现刀具正确加工轨迹,验证本课题机构分析的正确性和数控系统的可行性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1-1 引言  9
  1-2 并联机床的研究状况及应用  9-14
    1-2-1 国外并联机床技术的发展概况  9-11
    1-2-2 国内并联机床技术的研究现状  11-14
  1-3 DELTA 机构介绍  14-16
  1-4 本论文主要研究工作  16-17
第二章 三自由度并联数控实验台机构分析  17-32
  2-1 引言  17
  2-2 自由度分析  17-18
  2-3 位置分析  18-24
    2-3-1 坐标系建立  18-19
    2-3-2 位置反解分析  19-23
    2-3-3 位置正解分析  23-24
  2-4 奇异位形分析  24-27
  2-5 工作空间分析  27-31
  2-6 本章小结  31-32
第三章 三自由度并联数控实验台运动学分析  32-46
  3-1 引言  32
  3-2 基于UG 三维建模  32-33
    3-2-1 UG 软件介绍  32
    3-2-2 三自由度并联实验台实体建模  32-33
  3-3 基于ADAMS 运动学仿真  33-35
    3-3-1 ADAMS 软件介绍  33-34
    3-3-2 仿真目的及流程  34-35
  3-4 三自由度并联实验台运动学仿真  35-45
    3-4-1 建立仿真模型  35-36
    3-4-2 修改模型参数  36-38
    3-4-3 建立驱动函数  38-40
    3-4-4 三自由度并联实验台仿真分析  40-45
  3-5 本章小结  45-46
第四章 三自由度并联数控实验台数控系统开发  46-61
  4-1 引言  46
  4-2 数控系统总体方案设计  46-47
    4-2-1 系统方案确定  46
    4-2-2 系统功能和指标  46-47
    4-2-3 系统特性  47
  4-3 下位机硬件平台设计  47-53
    4-3-1 ADSP 的介绍  48
    4-3-2 下位机硬件平台程序结构  48-49
    4-3-3 初始化子程序  49
    4-3-4 中断子程序  49-51
    4-3-5 动作子程序  51-53
  4-4 上位机软件平台设计  53-60
    4-4-1 上位机软件平台总体结构  53-55
    4-4-2 主要模块功能介绍  55-60
  4-5 本章小结  60-61
第五章 三自由度并联数控实验台实验研究  61-68
  5-1 引言  61
  5-2 上位机软件平台的调试  61-62
  5-3 下位机硬件平台的调试  62-65
    5-3-1 DSP 系统的开发  62-63
    5-3-2 扩展板介绍  63-64
    5-3-3 下位机硬件平台的调试  64-65
  5-4 联机调试  65-67
  5-5 本章小结  67-68
第六章 结论与展望  68-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读学位期间所取得的相关科研成果  73

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 程序控制机床、数控机床及其加工
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