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三自由度纯平动并联机器人关键技术研究

作　者: 董旭明
导　师: 楼云江；李志斌
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 并联机器人控制系统设计运动学标定轨迹规划
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

并联机器人具有结构紧凑、刚度大、速度快、定位精度高、负载能力强等特点,因而在需要高速高精度的应用领域内受到广泛的关注。由于含有多条运动支链和闭环结构,并联机器人的运动学参数无法通过一般方法精确测量,机构的轨迹规划也十分复杂。要实现并联机器人的精确控制和实际应用,必须解决好这两个问题。本文采用三自由度纯平动并联机器人Delta设计食品包装机器人,进行控制系统设计,重点解决运动学标定和轨迹规划两个关键技术问题。对Delta型三自由度并联机构进行分析,建立运动学和动力学模型,并对机构的奇异位形的产生加以简要论述。按照性能指标的要求对机器人样机的控制系统进行设计,开发控制软件,完成机器人样机的组装和调试工作。研究运用相机标定技术实现并联机构运动学参数标定的方法,通过对机器人样机的运动学标定实验,获得机器人样机较为精确的运动学参数。分析工业机器人常用的轨迹规划方法,通过计算机仿真和运行实验说明各种轨迹规划方法的优越性,从中找出适合样机的轨迹规划方法。通过控制系统的设计和调试,机器人样机可以实现正常运行;按照计算机内机器人控制程序的指令,样机可以实现较快速的自动拾取操作,达到了项目阶段性的研究目标。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-15
  1.1 课题背景  8
  1.2 三自由度并联机器人应用现状  8-12
    1.2.1 包装行业  9
    1.2.2 并联机床  9-10
    1.2.3 触觉装置  10
    1.2.4 医疗器械  10-11
    1.2.5 微操作机器人  11
    1.2.6 类Delta机器人  11-12
  1.3 研究目的及意义  12-13
  1.4 相关工作及章节安排  13-15
第2章三自由度并联机器人分析  15-26
  2.1 引言  15
  2.2 三自由度并联机构简介  15-16
  2.3 运动学分析  16-21
    2.3.1 坐标系的建立  16-17
    2.3.2 运动学逆解  17-19
    2.3.3 运动学正解  19-20
    2.3.4 奇异性分析  20-21
  2.4 动力学分析  21-25
    2.4.1 常用动力学分析方法  21-22
    2.4.2 系统能量分析  22-23
    2.4.3 拉格朗日方程  23-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章机器人控制系统和软件设计  26-34
  3.1 引言  26
  3.2 设计方案  26-27
  3.3 控制系统设计  27-31
    3.3.1 伺服驱动电气系统  27-28
    3.3.2 运动控制系统  28-29
    3.3.3 气动系统  29-30
    3.3.4 控制系统集成  30-31
  3.4 软件设计  31-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章机器人运动学参数标定  34-42
  4.1 引言  34
  4.2 机器视觉标定  34-37
    4.2.1 相机线性模型  34-36
    4.2.2 相机标定  36-37
  4.3 样机运动学标定及分析  37-41
    4.3.1 建立标定模型  37-39
    4.3.2 误差方程  39
    4.3.3 标定实验  39-40
    4.3.4 标定结果分析  40-41
  4.4 本章小结  41-42
第5章轨迹规划及实现  42-54
  5.1 引言  42
  5.2 机器人轨迹规划  42-47
    5.2.1 关节空间内的规划  43-46
    5.2.2 直角坐标空间内的规划  46-47
  5.3 仿真和验证  47-53
    5.3.1 轨迹规划仿真  47-51
    5.3.2 轨迹规划验证  51-53
  5.4 本章小结  53-54
结论  54-55
参考文献  55-59
致谢  59

三自由度纯平动并联机器人关键技术研究

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