基于DELTA机构三自由度并联数控实验台基础技术研究

论文摘要

对于传统的串联机床而言,它的数学模型比较简单而机构却相对复杂,而对于并联机床来说,它的机构相对简单但数学模型却非常复杂。在并联机床中,其末端执行器的精确运动是在经过复杂的数学运算的基础上实现的,这种新型的虚拟轴并联机床与传统串联机床的结构完全不同,它不依赖于固定导轨进行刀具导向,而是采用了多杆空间并联机构进行驱动。由于并联机床的机械结构简单、动平台质量轻、模块化程度高、变通性强以及技术附加值高,被广泛应用在各个领域。因此,开展并联数控机床的研究将具有重要的理论意义和实际应用价值。DELTA机构是并联机构的一种,它属于少自由度空间并联机构,其动平台相对静平台能够实现三维平动。本文基于DELTA机构,研究一种新型三自由度并联数控实验台,从机构的位置分析、奇异位形分析、工作空间分析、运动学仿真分析、样机研制与数控系统开发以及联机调试等方面进行了系统研究,取得了一定的研究成果。1.本文研究一种基于DELTA机构三自由度并联数控实验台。通过对其进行位置正反解分析建立机械结构的运动学模型,并在位置正解的基础上得到了机构的可达工作空间,为实验台样机设计及制作提供理论基础。该并联实验台以三个伺服电机为驱动,通过联动控制三根驱动臂实现对动平台的运动控制,其驱动部分均布于静平台上,机动性能好。2.考虑并联数控实验台的结构特点,利用UG建立实验台的三维模型,并在ADAMS中对其进行运动仿真,对刀位点的速度、加速度与位移曲线进行分析,验证机构设计的合理性,为物理样机结构改进设计提供理论依据。3.考虑并联数控实验台的控制要求,开发基于ADSP三自由度并联实验台的数控系统。该系统以ADSP为核心处理器,构建PC机+ADSP的数控系统硬件平台。上位PC机采用Visual C++开发软件平台,可识别G代码和CorelDraw代码;下位机ADSP采用C语言开发驱动软件,实现对三个电机联动控制;上下位机通过串口RS232实现实时通讯。4.在上述理论研究基础上,研制三自由度并联数控实验台的物理样机,通过联机调试,实现刀具正确加工轨迹,验证本课题机构分析的正确性和数控系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 引言
• 1-2 并联机床的研究状况及应用
• 1-2-1 国外并联机床技术的发展概况
• 1-2-2 国内并联机床技术的研究现状
• 1-3 DELTA 机构介绍
• 1-4 本论文主要研究工作
• 第二章 三自由度并联数控实验台机构分析
• 2-1 引言
• 2-2 自由度分析
• 2-3 位置分析
• 2-3-1 坐标系建立
• 2-3-2 位置反解分析
• 2-3-3 位置正解分析
• 2-4 奇异位形分析
• 2-5 工作空间分析
• 2-6 本章小结
• 第三章 三自由度并联数控实验台运动学分析
• 3-1 引言
• 3-2 基于UG 三维建模
• 3-2-1 UG 软件介绍
• 3-2-2 三自由度并联实验台实体建模
• 3-3 基于ADAMS 运动学仿真
• 3-3-1 ADAMS 软件介绍
• 3-3-2 仿真目的及流程
• 3-4 三自由度并联实验台运动学仿真
• 3-4-1 建立仿真模型
• 3-4-2 修改模型参数
• 3-4-3 建立驱动函数
• 3-4-4 三自由度并联实验台仿真分析
• 3-5 本章小结
• 第四章 三自由度并联数控实验台数控系统开发
• 4-1 引言
• 4-2 数控系统总体方案设计
• 4-2-1 系统方案确定
• 4-2-2 系统功能和指标
• 4-2-3 系统特性
• 4-3 下位机硬件平台设计
• 4-3-1 ADSP 的介绍
• 4-3-2 下位机硬件平台程序结构
• 4-3-3 初始化子程序
• 4-3-4 中断子程序
• 4-3-5 动作子程序
• 4-4 上位机软件平台设计
• 4-4-1 上位机软件平台总体结构
• 4-4-2 主要模块功能介绍
• 4-5 本章小结
• 第五章 三自由度并联数控实验台实验研究
• 5-1 引言
• 5-2 上位机软件平台的调试
• 5-3 下位机硬件平台的调试
• 5-3-1 DSP 系统的开发
• 5-3-2 扩展板介绍
• 5-3-3 下位机硬件平台的调试
• 5-4 联机调试
• 5-5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果