基于五轴串联机械臂的运动模拟研究.pdf

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1、硕士学位论文基于五轴串联机械臂的运动模拟研究RESEARCHONMOTIONSIMULATIONALGORITHMBASEDONSERIALMANIPULATOR侯彪哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP242.3学校代码：10213国际图书分类号：621.865.8密级：公开工学硕士学位论文基于五轴串联机械臂的运动模拟研究硕士研究生：侯彪导师：丛大成教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP242.3SchoolCode:1021

2、3U.D.C:621.865.8SecurityClassification:PublicDissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMOTIONSIMULATIONALGORITHMBASEDONSERIALMANIPULATORCandidate：HouBiaoSupervisor：Prof.HanJunweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation

3、：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要运动模拟器从20世纪70年代出现，通过在运动模拟器上模拟飞机船舶等的运动，被广泛地应用于车辆驾驶模拟、飞行器模拟、战舰性能测试以及许多的民间娱乐设备上。串联方式的运动平台运动范围大，响应速度快，控制简单，成本低，而且如今硬件的发展使得负载和控制精度得到很大提升，使设计一种有效的自由度串联运动平台

4、应用于运动模拟具有更好的可实现性，而且随着国内游戏与娱乐产业的开放与蓬勃发展，特别是虚拟现实技术的发展，刺激了许多娱乐运动模拟的设计与发展，故研究串联机构的运动模拟器，具有很高的实用意义与价值。以前的运动模拟器几乎全部是以并联机构为基础搭建的，应用最多的也是最为成熟是基于六自由度stewart平台搭建的。而串联机构的模拟器还未被广泛研究，由于串联机构和并联机构结构的差异，运动方式和控制方式也有差异。所以需要深入对串联机构运动学、动力学进行研究，才能将之前基于并联机构研究的运动模拟技术运用到串联机构的模拟器上。本文就搭建的串联五轴机械臂进行运动学，动

5、力学进行研究学习，然后将运动模拟技术与之结合分析，运动模拟过程也即对加速度、角速度和位移的约束过程，也即是轨迹规划问题，所以利用在串联机构上运动学、动力学和轨迹规划的研究实现如何最好的利用五自由度机械臂的运动空间实现运动模拟。洗出算法是运动模拟器上的核心也是研究热点。在运动模拟时，运动模拟器的运动空间有限，不可能完全复现驾驶者在真实驾驶器上的运动，所以要利用洗出算法，在有限的空间模拟处驾驶者驾驶所产生的加速度和角速度。目前应用较为广泛的洗出算法主要有三种：(1)经典洗出算法，最早的洗出算法，简单快捷。(2)引入了前庭器官的最优控制洗出算法(3)自适

6、应洗出算法。由于人体器官无法准确地分辨运动的程度，而且高通滤波器和低频滤波器的截止频率的高低也没有明显的界限，所以引入模糊控制的理论对经典洗出算法进行改进，结合人体前庭感觉器官感受到的动感误差和运动平台的空间，在不超运动平台极限前提下尽可能提高运动模拟的逼真度。在上述研究内容进行仿真分析合理之后，在串联五轴机械臂模拟器上进行了验证并进行分析。关键词：运动模拟；串联机构模拟器；洗出算法；模糊控制I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThemotionsimulator,whichappearedin1970s,iswidelyusedinf

7、lightsimulation,vehicleroadsimulation,aviationandnavigationsimulation,robot,parallelmachinetool,spacedockingtechnologyandentertainmentfacilitiesbysimulatingthemovementofaircraftandshipsinthemotionsimulator.Themotionplatformofseriesmodehaslargemotionrange,fastresponsespeed,simp

8、lecontrolandlowcost.Moreover,thedevelopmentofhardwaremakesthe