基于平面五杆并联机构的齿轮磨棱机械手的研究

论文摘要

随着机械手技术的飞速发展,机械手已在工业生产、太空、海洋资源的探索以及国防等众多领域得到了广泛应用。平面五杆并联机械手作为机械手家族中新的族类,有着传统机械手的共性方面,也有着它自身独到的特点。近年国内外学者在平面五杆并联机械手理论研究和实际应用中已取得了大量的成果,但在平面五杆并联机械手机构学、运动学、运动控制等方面仍存在一些具有挑战性的问题。本文提出了一种新型的基于平面五连杆并联机构的机械手将其用于加工齿轮端面棱角。首先,对平面五杆并联机械手的机构进行了总体设计,并建立了它的运动学模型。在此基础上推导出了并联机械手的位置、速度、加速度的正解和逆解的显式表达式,并进行了算例分析验证了所得算式的正确性。其次,在建立的正解算法的基础上进行了机械手的工作空间分析。使用Matlab编程计算证实了所研究的平面五杆并联机械手能够满足工作空间要求,实现了对平面五杆并联机械手工作空间的可视化描述。然后,利用Pro/Ewildfire2.0和ADAMS2005r2对平面五杆并联机械手进行了三维实体建模和运动学仿真。验证了各个关节不存在干涉。再次,搭建了由PC机为上位机,MAC-3002SSP4运动卡为下位机的开放式平面五杆并联机械手控制系统。并使用Visual C++6.0设计了控制系统软件。最后,制造出了平面五杆并联机械手样机。经过整机试验实现了圆周运动。验证了设计方案的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 平面五杆并联机械手研究现状
• 1.2.1 国内研究现状
• 1.2.2 国外研究现状
• 1.2.3 五杆并联机械手的特点
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 平面五杆并联机械手总体设计和建模
• 2.1 引言
• 2.2 平面五杆并联机械手总体结构设计
• 2.2.1 平面五杆并联机械手设计指标
• 2.2.2 平面五杆并联机械手结构设计方案
• 2.2.3 机构的自由度计算
• 2.3 平面五杆并联机械手运动学建模
• 2.3.1 平面五杆并联机械手数学模型的建立
• 2.3.2 位置正解
• 2.3.3 位置逆解
• 2.4 平面五杆并联机械手的速度分析
• 2.4.1 用解析法求解平面五杆并联机械手速度雅可比矩阵
• 2.4.2 速度正解
• 2.4.3 速度逆解
• 2.5 平面五杆并联机械手加速度分析
• 2.5.1 加速度正解
• 2.5.2 加速度逆解
• 2.6 平面五杆并联机械手位置逆解分析
• 2.6.1 位置逆解存在的可能性
• 2.6.2 位置逆解实例分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 运动空间分析及其构件长度确定
• 3.1 引言
• 3.2 平面五杆并联机械手工作空间的影响因素
• 3.2.1 杆长的影响
• 3.2.2 铰链偏角约束的影响
• 3.3 平面五杆并联机械手工作空间数值搜索
• 3.4 本章小结
• 第4章 平面五杆并联机械手实体建模与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 平面五杆并联机械手三维实体建模
• 4.2.1 静态实体建模
• 4.2.2 仿真模型
• 4.3 建模仿真要点
• 4.3.1 验证仿真模型
• 4.3.2 模型验证结果
• 4.4 运动学仿真及结果分析
• 4.4.1 运动命令函数
• 4.4.2 运动方程及图像
• 4.5 本章小结
• 第5章 平面五杆并联机械手控制系统设计
• 5.1 引言
• 5.2 平面五杆并联机械手硬件系统设计
• 5.2.1 系统搭建及主要硬件功能
• 5.2.2 MAC－3002SSP4 卡介绍
• 5.2.3 伺服电机驱动系统
• 5.3 平面五杆并联机械手控制软件设计
• 5.3.1 软件开发要求
• 5.3.2 软件开发工具软件
• 5.3.3 系统软件总体设计
• 5.3.4 位姿初始化
• 5.3.5 回零运动
• 5.3.6 运动学计算模块
• 5.3.7 轨迹规划数据处理和存储
• 5.4 系统调试与试验验证
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢