三自由度欠驱动6r平面并联机构的分析及控制仿真研究

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1、分类号：TH122密级：UDC：编号：15-085201-15M河北工业大学硕士学位论文三自由度欠驱动6R平面并联机构的分析及控制仿真研究论文作者：姚亮学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：机械工程指导教师：张建军职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalManufactureandAutomationSTUDYONANALYSISANDCONTROLSIMULATIONFOR3-DOFPLANARPARALLELMECHANISMWITH6RUND

2、ER-ACTUATEDbyYaoLiangSupervisor:Prof.ZhangJianjunApril2015ThiswasworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofTianjinofChina,No.08JCYBJC0302000,2008-2010,andtheNaturalScienceFoundationofChina,No.51175144,2012-2015.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经

3、发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名

4、：日期：河北工业大学硕士学位论文摘要欠驱动机器人是指主动关节控制输入小于其自由度数的一类非线性系统。因为驱动关节缺少电机，欠驱动机器人具有能源消耗少、成本低、质量比较轻、系统灵活性比较强等很多优点。欠驱动系统是一种高度非线性系统，多个目标变量需要控制使得系统表现出复杂性，这种复杂性有利于控制算法的研究和验证。本文研究了一种三自由度欠驱动6R平面并联机构，对该机构进行了运动学和动力学分析。建立了机构的运动学模型，对其位置、速度、加速度进行了分析，并运用拉格朗日方程得到了机构的动力学模型。由机构的运动学及动力学方程构成的方程组中，方程个数等于未知量个数，故系统具有确定的解。因此对此机构提出

5、了一种新型的控制方法，并对此控制方法进行了仿真与研究。本文的主要内容如下：首先，分析了并联机器人及欠驱动机器人在国内外的发展现状，总结了并联机器人分析理论及欠驱动机构控制技术研究现状，提出了本文的研究内容、意义和目的。其次，建立了机构的运动学和动力学方程，对其进行了运动学和动力学综合分析，为后文奠定了理论基础。然后，将此机构的运动学和动力学方程联立起来，运用MATLAB软件对其求解，进行运动规划及力矩规划，采用ADAMS软件对该机构进行运动学和动力学仿真，将仿真得到的曲线和理论计算的曲线进行对比，说明对机构运动学和动力学数学模型建立的正确性。最后，运用MATLAB中的Simulink/

6、SimMechanics分别建立机构的机械系统及控制系统模型，对控制方法的可行性进行验证。关键字：欠驱动,并联机器人，运动学分析，动力学分析，运动和力矩规划，控制仿真I三自由度欠驱动6R平面并联机构的分析及控制仿真研究ABSTRACTTheunder-actuatedrobotisaclassofnonlinearsystemwithlessinputsthanthedegreesoffreedominnumber.Duetothelackofthemotor-drivenjoints,under-actuatedrobothaslessenergyconsumption,lowcos

7、t,qualitylighterandflexibilityofthesystemisrelativelystrong,andmanyotheradvantages.Theunder-drivesystemisahighlynonlinearsystem,multipletargetvariablesneedtobecontrolledsothatthesystemexhibitscomplex,thiscomplexitywillhelpco