二自由度五杆机构激光操作器轨迹规划的控制设计

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1、分类号TP24密级UDC学校代码10500硕士学位论文（全日制学术学位）题目：二自由度五杆机构激光操作器轨迹规划的控制设计英文题目：Controldesignonlasermanipulator’strajectoryplanningoftwoDOFfive-barmechanism学位申请人姓名：彭俊申请学位学科专业：机械电子工程指导教师姓名：王君二○一六年五月分类号TP24密级UDC学校代码10500硕士学位论文题目二自由度五杆机构激光操作器轨迹规划的控制设计英文题目Controldesignonlaserman

2、ipulator’strajectoryplanningoftwoDOFfive-barmechanism研究生姓名（签名）指导教师姓名（签名）职称申请学位学科名称机械电子工程学科代码论文答辩日期2016.05.23学位授予日期学院负责人（签名）评阅人姓名石端伟评阅人姓名李刚炎年月日学位论文原创性声明和使用授权说明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，独立进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个

3、人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖北工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日摘要并联机器人是工业机器人的一个分支。与传动的串联机器人不同，并联机器人的基

4、座与末端执行器之间具有环状的闭链约束，使其具有运动惯量低、负载能力强、刚度大等优点。避免了串联机器人在关节处的误差累积效应，从而使得并联机器人逐渐成为机器人领域里的一个研究热点。并联机器人已经广泛运用于机床，机器人，力传感器等领域。本文主要为激光操作器提供一个二自由度五杆操作器并联机构运动平台，重点研究了二自由度五杆操作器控制系统。本设计主要研究内容如下：（1）本设计首先对二自由度五杆操作器进行了数学建模，随后对该数学模型进行了正、逆运动学分析求解，速度雅可比矩阵的求解和工作空间的计算。为后面上位机LabVIEW软件

5、机构轨迹规划和仿真做铺垫。并对二自由度五杆操作器本体提出设计要求，并以此来设计总体方案和传动方案。然后分析了该机构在关节空间常用轨迹规划方法。（2）本设计控制系统硬件部分设计了FPGA开发板的相关电路原理图及其使用方式。详细阐述了交流伺服电机和减速机的选型及其工作原理。为了实现对交流伺服电机的控制，专门为FPGA控制器设计了交流伺服电机转接板。该转接板将交流电机驱动器输出的差分反馈信号转换为单极信号输入到FPGA控制板中。随后还介绍了交流伺服电机的控制原理和控制方式。（3）本设计控制系统软件部分首先介绍了Quartu

6、sII软件对下位机代码的设计流程。然后阐述了控制系统运动控制流程：FPGA开发板通过串口通信采集上位机LabVIEW软件传输过来的信号，经过下位机FPGA开发板的处理，转换成交流伺服电机可以识别的脉冲信号和模拟电压信号，控制交流伺服电机做出响应，使末端执行器完成指定任务。并用VerilogHDL语言设计了伺服电机控制模块，包括电平检测模块，串口通信波特率配置模块，信号处理模块和交流伺服电机的运动控制模块。本设计更重要的是用LabVIEW软件设计了上位机界面。在这个上位机界面内，完成直线规划、圆弧规划和工作空间的计算与

7、仿真。并可以将计算后的数据通过串口输出给FPGA开发板。本设计完成了对本体结构的数学建模、正/逆运动学求解、轨迹规划及其控制系统的硬件设计和软件设计。经过仿真实际验证知，该设计系统有效可行。关键词：二自由度五杆机构，运动学求解，轨迹规划，控制系统IAbstractTheparallelrobotisabranch.Comparedwiththetraditionalserialrobot，parallelrobothastheringclosedchainconstraintbetweenitsfoundations

8、upportanditsendeffector，whichmakeithavelowinertiamovement，highloadcapacity，rigidityandotheradvantages.Becauseithasavoidedtheerroraccumulationeffectofseriesrobotjoints，itmake