电动六自由度并联机器人的特性分析与控制

论文摘要

六自由度并联机器人由于其高刚度、高动态性能、低位置控制误差等优点,被广泛应用于运动模拟、机器人操作器、微动机构、并联机床等领域,其驱动形式主要包括液压驱动和伺服电机驱动。目前,大功率场合,多以液压驱动为主;但是在中小功率场合,电机驱动有取代液压驱动的趋势。虽然六自由度并联机器人应用广泛,但是对其研究工作主要集中在运动学、动力学等分析,而针对采用高性能永磁同步电机（PMSM）驱动时的整体特性的研究工作则远远不够。本文则针对PMSM驱动下的并联机器人系统进行详细分析。首先,对并联机器人进行了运动学、多刚体动力学分析,重点针对电动6-U（RP）U型并联机器人存在的衍生运动进行了量化及其补偿研究;然后,在dq坐标系下建立了PMSM伺服系统模型;最后,采用两种方法建立电动六自由度并联机器人的精确整体动力学模型,并对系统进行了动态特性分析。由于未见文献对上述衍生运动进行分析,因此,采用ADAMS对其进行验证,以保证其可直接应用到工程实践中,提高该机构形式并联机器人的位置控制精度;第四章中的PMSM控制系统模型,由电机实际变量间的关系建立,为保证其正确性,应用基于SVPWM的PMSM系统模型对其外特性进行了验证;在第五章中,提出了电动并联机器人精确整体动力学模型的建立方法,巧妙的解决了等效电机惯量时变难以计算的难题,为电动并联机器人精确整体动力学模型建立提供了一种解决思路。最后,针对本项目中具体参数对系统进行了动态特性分析,分析可知,该并联机器人具有较好的动态性能以及位置控制精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的和意义
• 1.2 并联机器人概述
• 1.2.1 并联机器人的起源
• 1.2.2 并联机器人的特点
• 1.2.3 并联机器人的研究现状分析
• 1.3 永磁同步电机（PMSM）概述
• 1.3.1 交流PMSM 伺服系统特点
• 1.3.2 交流PMSM 系统国内外研究现状
• 1.4 论文研究的主要内容
• 第2章 并联机器人运动学与多刚体动力学分析
• 2.1 引言
• 2.2 运动学分析
• 2.2.1 结构简图
• 2.2.2 姿态的欧拉角描述
• 2.2.3 机构运动学
• 2.3 动力学建模
• 2.3.1 动平台动力学建模
• 2.3.2 支腿动力学建模
• 2.4 本章小结
• 第3章 电动六自由度并联机器人衍生运动及其补偿
• 3.1 引言
• 3.2 衍生运动分析及补偿
• 3.2.1 衍生运动原因分析
• 3.2.2 衍生运动计算
• 3.2.3 衍生运动补偿
• 3.2.4 误差量化分析
• 3.3 ADAMS 仿真验证
• 3.3.1 ADAMS 转角分析
• 3.3.2 对比分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 PMSM 伺服系统原理与仿真
• 4.1 引言
• 4.2 PMSM 伺服系统原理
• 4.2.1 PMSM 数学模型
• 4.2.2 矢量控制
• 4.2.3 电流控制方法实现
• 4.3 PMSM 伺服系统的设计与仿真
• 4.3.1 PMSM 伺服系统设计
• 4.3.2 仿真及结果分析
• 4.4 基于SVPWM 的PMSM 系统仿真分析
• 4.4.1 SVPWM 原理
• 4.4.2 模型搭建
• 4.4.3 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 整体动力学模型与动态特性分析
• 5.1 引言
• 5.2 整体动力学模型
• 5.2.1 总体设计
• 5.2.2 多刚体动力学参数修正
• 5.2.3 PID 控制
• 5.3 基于ADAMS 与Simulink 联合的整体动力学模型
• 5.3.1 仿真系统总体设计
• 5.3.2 6-DOF 并联机器人多刚体动力学模型
• 5.3.3 整体动力学模型建立
• 5.4 动态特性分析
• 5.4.1 频率特性分析
• 5.4.2 位姿跟踪特性分析
• 5.4.3 PMSM 特性分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢