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并联机器人机构运动学分析及控制系统的研究

作　者: 王军
导　师: 蹇兴东
学　校: 南京农业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 并联机器人 机构结构 运动学分析 硬件控制 软件控制
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要


并联机器人因其具有刚度大、承载能力高、精度高、自重负荷比小、控制容易等优点已被研究多年。目前对结构简单、驱动元件少、成本低、工作空间比较大的少自由度机构的研究，已经成为机构学领域的一个热点问题。许多学者综合出了一大批新型的机型，这些新的并联机构的出现，大大丰富了并联机器人的机型，拓宽了这些新机型的应用前景。但这些新型并联机构的许多结构、运动学等方面的性质尚未被认识，软、硬件控制系统尚不成熟，仍存在许多亟待解决的问题。因此对这些新型并联机器人机构的结构、运动学特性及其控制系统的研究，对新机型的应用开发不但具有重要的理论意义，而且具有重要的应用价值。本文针对一种一平移两转动(1T-2R)解耦并联机器人进行了以下研究：首先，建立并联机器人机构模型及坐标系，并对机构自由度和位置进行了分析。其次，对并联机构运动学特性进行了分析。第三，对并联机器人硬件控制系统进行了总体方案设计。第四，对并联机器人硬件控制系统进行了设计。最后，对并联机器人软件控制系统进行了初步设计。通过以上的分析和研究，对该种少自由度并联机器人机构的结构和运动性能有了具体而深入的了解，并设计了与之相匹配的控制系统软、硬件，为此种一平移两转动并联机器人样机的制造奠定了良好的基础。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章 绪论  9-13
  1.1 课题的来源、目的和意义  9-10
    1.1.1 课题的来源  9
    1.1.2 课题的研究意义与研究目的  9-10
  1.2 国内外并联机器人的研究现状  10-12
    1.2.1 国内并联机器人的研究现状  10-11
    1.2.2 国外并联机器人的研究现状  11-12
  1.3 本论文的主要研究内容  12-13
第二章 1T-2R并联机器人机构位置和运动学分析  13-29
  2.1 并联机器人机构模型及坐标系的建立  13-15
    2.1.1 机构模型的建立  13-14
    2.1.2 并联机器人机构的结构  14-15
    2.1.3 机构坐标系的建立  15
  2.2 并联机器人机构自由度的分析  15
  2.3 并联机器人机构的位置分析  15-24
    2.3.1 正解分析  16-18
    2.3.2 机构正解数值解法的分析  18-24
    2.3.3 逆解分析  24
  2.4 并联机器人机构运动学分析  24-28
    2.4.1 速度求解  24-26
    2.4.2 并联机构的速度约束方程  26-28
  2.5 小结  28-29
第三章 并联机器人硬件控制系统总体方案设计  29-39
  3.1 系统总体控制方案流程图  29
  3.2 机电一体化控制系统设计简介  29
  3.3 各模块功能简介  29-30
  3.4 PCI-8408开关量输入输出接口卡  30-37
    3.4.1 工作原理  30-32
    3.4.2 PCI-8408的使用与操作  32-33
    3.4.3 测试程序说明  33-35
    3.4.4 函数介绍  35-37
  3.5 并联机器人伺服控制板  37-38
  3.6 驱动电路模块  38
  3.7 小结  38-39
第四章 并联机器人硬件控制系统的设计  39-60
  4.1 概述  39
  4.2 并联机器人伸缩杆数字伺服控制板的设计  39-47
    4.2.1 控制板原理  39-40
    4.2.2 技术指标  40-41
    4.2.3 控制板子系统的设计  41-46
    4.2.4 引脚说明  46-47
  4.3 直流电机驱动器的设计  47-59
    4.3.1 PWM脉宽调制基本原理  48-49
    4.3.2 驱动器的总体设计  49-51
    4.3.3 驱动电路子系统设计  51-57
    4.3.4 直流电机驱动器的电路图  57-59
  4.4 实验结论  59
  4.5 小结  59-60
第五章 并联机器人软件控制系统的设计  60-67
  5.1 操作平台及开发工具  60-61
    5.1.1 Windows的工作机制  60
    5.1.2 事件驱动模型  60-61
    5.1.3 交互式开发  61
  5.2 面向对象软件设计方法的选择  61-63
    5.2.1 J.Rumbaugh的OMT方法  61-62
    5.2.2 Jacobson方法  62
    5.2.3 Peter Coad和Edward Yourdon的OOA和OOD方法  62-63
    5.2.4 Booch的OOD方法  63
  5.3 程序算法简述  63
  5.4 程序代码  63-66
  5.5 小结  66-67
第六章 结论与展望  67-69
  6.1 结论  67
  6.2 创新点  67-68
  6.3 展望  68-69
攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的学术论文  69-70
参考文献  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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