三平移并联机器人控制研究

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1、苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计1绪论1．1机器人技术的发展状况机器人的诞生是人类20世纪最具代表性的高技术之一，对机器人技术的研究和应用形成了一门新的综合性的工程技术学科—机器人学。它是一门边缘学科，综合了机械学、生物学、人类学、计算机科学与工程、控制理论与控制工程学、电子工程学、信息科学、人工智能、社会学等学科领域。自1954年美国G.CDevol发表“通用重复型机器人”专利论文和1958年美国Consolidted发表“数字控制机器人”论文，揭开了研制机器人的序幕以来[1]，机器人发展大致经过了三代的演变。图1-1第一台工业机器人Unimate图1-2Stew

2、art平台机构示意图1．2并联机器人及步进电机的发展概述1969年D.Stewart发表了一篇名为“APlatformWithSixDegreesofFreedom”的论文，奠定了其在空间并联结构的鼻祖地位，相应的平台被称为“Stewart”第22页共22页苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计平台。这种平台最初是用来作训练飞行员的飞行模拟器，利用六个液压缸支撑和驱动模拟机舱，六个液压缸的两端分别用球铰和虎克铰连于动平台和静平台。通过六个液压缸的伸缩运动使得机舱实现任意位置与姿态的运动。上世纪80年代中期，世界上对并联机器人的研究还寥寥无几，到上世纪80年代末到90年代，

3、随着计算机技术和控制技术的发展，并联机器人以其自身的优势，重新被广泛注意，并成为新的研究热点，许多大型会议均设有专题研讨。许多国家都相继研制除了并联机器人样机。国内在并联机床方面的研究几乎与上述国家同步，中科院沈阳自动化研究所机器人学开放研究实验室在国家863项目基金的资助下于1995年底研制出并联机器人机床样机。清华大学、天津大学、哈尔滨工业大学、东北大学等在国家高科技“863”项目、国家自然科学基金项目以及各省市基金项目的资助下也都纷纷开展了并联机床应用研究。1990年，燕山大学研制出我国第一台并联机器人实验室样机，且全部用国产件制成。并联机器人与技术成熟的串联机器人

4、相比[2]，它的运动平台远不如其串联机器人手部来得灵活。但是由于并联机器人的特殊的机械结构，也使得其优点是串联机器人所无法比拟的。并联机构主要适用于以下方面：（1）模拟运动。如飞行员二维空间训练的模拟训练器、驾驶模拟器、工程模拟器、检测产品在模拟的反复冲击和震动下的运行可靠性[3]、娱乐运动模拟台。（2）对接动作。如宇宙飞船的空间对接、汽车装配线上的车轮安装、医院中的假肢接骨。（3）承载运动。如大扭矩螺栓紧固、短距离重物搬运。（4）金属切削加工。可应用于各类铣床、磨床、钻床，以及点焊机、切割机。（5）用于测量机。用来作为其它机构的误差补偿器。步进电机最早是在1920年代由

5、英国人所开发。1950年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。往后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。1．3并联机器人控制研究的基本问题及研究现状1.3.1机构学、运动学第22页共22页苏州市职业大学电子信息工程学院毕业设计并联机器人的机构学与运动分析主要研究并联机器人的运动学关系、奇异位形、工作空间等方

6、面问题。机构学与运动分析是实现并联机器人控制的基础，在并联机器人的研究中占重要的基础性地位。1.3.2动力学和控制策略研究动力学分析及控制策略的研究主要是对并联机器人进行动力学分析和建模，并且研究利用各种可能的控制算法[4]，对并联机器人实施控制，从而达到期望的控制效果，如轨迹跟踪，精确定位等。在并联机器人控制领域，其控制策略的研究目前相对较少，有些方面还没有开展起来。除了常规的PID控制之外，目前研究的还有鲁棒控制、模糊控制、自适应控制以及滑模变结构控制等先进的控制算法。1．4本文的目的和意义在对机器人进行了广泛深入研究的基础上，人们逐渐认识到在某些场合少自由度并联机器

7、人由于其驱动元件少、造价低、结构紧凑而有较高的实用价值，更具有较好的发展前景，因此对其进行研究显得十分必要。其中非期望输出运动为常量的少自由度并联机器人机构因其实用性强，各国学者都对其进行了研究，并提出了许多新的机型。并联机器人是一种高度非线性，强耦合的系统。虽然该机构有其显著的优点，如刚度大，结构稳定，承载能力强，精度高等，但是如果不能解决与控制相关的一系列问题，该机构就无法实际应用到工业过程中去。本文对步进电机驱动的系统进行了研究，建立了实际的控制系统，进行了仿真研究。本课题具有较大的理论意义和实际意义。1．5本文内容安排