二自由度并联机械手控制及精度补偿关键技术试验研究

论文摘要

本文密切结合天津市自然科学基金项目,以具有我国自主知识产权的高速并联机械手为对象,研究了二自由度并联机械手控制及精度补偿关键技术,并据此搭建了PID控制试验平台以及基于激光跟踪仪的运动学标定试验平台。取得如下成果:(1)以Diamond二自由度并联机械手为例,利用矢量链分析方法构造二自由度并联机械手末端(动平台)位姿误差与各零部件几何误差源之间的映射关系。在此基础上,将影响末端可控和非可控误差的几何误差源进行区分,再通过测量系统实际输出与理想输出间的偏差,并以此辨识控制系统中理想模型参数的误差,进而通过对控制器中参数的修改实现机械手末端位姿的误差补偿。(2)综合考虑电机耦合效应、全域综合性能及随位姿实时变化的惯性负载,在操作空间内设计三条带权重的运动轨迹,利用运动学正、逆解模型,直接建立以末端执行器操作空间的方均根误差最小为优化目标的整定方案,对伺服控制系统的参数进行整定。(3)建立了PID控制试验平台以及基于激光跟踪仪的运动学标定试验平台,验证了误差补偿方法,以及上述伺服系统参数整定方法的正确性和有效性。上述研究成果不仅对高速并联机械手开发具有一定的指导作用,而且还对其整机开发及其工业化应用奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 误差建模
• 1.2.2 运动学标定
• 1.2.3 控制器参数整定
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 高速并联机械手精度补偿
• 2.1 引言
• 2.2 机械手误差建模
• 2.2.1 系统描述
• 2.2.2 坐标系建立和几何误差源分析
• 2.2.3 误差分离
• 2.2.4 姿态误差分析
• 2.3 运动学方程
• 2.3.1 位置逆解
• 2.3.2 位置正解
• 2.4 误差映射模型
• 2.5 参数辨识
• 2.6 误差测量
• 2.6.1 实验器材介绍
• 2.6.2 机构零点调整
• 2.6.3 机构误差测量
• 2.7 误差补偿
• 2.8 小结
• 第三章 高速并联机械手控制器参数整定
• 3.1 引言
• 3.2 Diamond机械手控制系统简介
• 3.3 PID控制器参数整定介绍
• 3.3.1 PID控制器三个参数的作用
• 3.3.2 经典PID参数整定
• 3.4 Diamond机械手PID参数整定
• 3.5 小结
• 第四章 机械手参数调整试验设计
• 4.1 引言
• 4.2 试验设备
• 4.3 试验方法
• 4.4 实验数据和结果分析
• 4.5 小结
• 第五章 全文结论
• 5.1 结论
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢