二自由度并联机器人的运动控制技术研究

论文摘要

二自由度并联机器人是并联机器人的一个研究分支,一般研究其运动学、动力学、奇异性、和工作空间,以及研究并联机器人机构的运动控制。本文研究一种新型的二自由度并联机器人,对其机械机构及相应的运动控制进行研究。首先设计了一个新型的二自由度并联机器人机构,该二自由度并联机器人采用平行四边形结构限制了其末端产生的旋转运动,使工作台保持始终垂直向下。求解了该二自由度并联机构的运动学正逆解,输入与输出的速度关系,对工作空间进行了分析,并提出了该机器人的运动轨迹规划的基本原理。为了实现该二自由度并联机器人的运动控制,设计了该并联机器人控制系统的硬件和软件。根据现有的DSP2812运动控制板和安川伺服驱动单元,设计了专门的伺服转接板,该转接板将控制板发送出的指令信号、脉冲、模拟电压等信号送到伺服驱动器控制电机,达到控制并联机器人运动的目的;软件方面设计了人机界面程序,PWM波程序,D/A程序,以及伺服电机的M/T控制算法程序。利用直线和圆周轨迹规划的方法,设计了该并联机器人的电机控制实验,将实验中采集到数据导入到MATLAB环境中进行仿真,仿真结果出来的轨迹与预设轨迹大体相同,表明基本完成了该二自由度并联机器人的运动控制。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 选题的意义
• 1.3 并联机器人的国内外研究现状
• 1.3.1 并联机器人的基础理论研究现状
• 1.3.2 并联机器人的运动控制技术研究现状
• 1.4 二自由度并联机器人的研究现状
• 1.4.1 二自由度并联机器人的构型研究状况
• 1.4.2 二自由度并联机器人的运动控制系统研究状况
• 1.5 论文的研究内容和章节安排
• 第二章 二自由度并联机器人机构设计及其运动学分析
• 2.1 概述
• 2.2 二自由度并联机器人的总体设计
• 2.3 二自由度并联机器人的运动学分析
• 2.3.1 二自由度并联机构的正解
• 2.3.2 二自由度并联机构的逆解
• 2.3.3 二自由度并联机构的速度分析
• 2.3.4 二自由度并联机构的奇异位置分析
• 2.4 二自由度并联机器人的工作空间分析
• 2.5 并联机器人轨迹规划的内容
• 2.6 二自由度并联机器人的机械结构设计
• 2.7 本章小结
• 第三章 二自由度并联机器人运动控制系统的研究
• 3.1 概述
• 3.2 并联机器人系统的运动控制模式
• 3.3 二自由度并联机器人控制系统的硬件设计
• 3.3.1 DSP2812 运动控制板的应用
• 3.3.2 伺服转接板的设计
• 3.3.2.1 增量脉冲输入接口设计
• 3.3.2.2 位置脉冲输入接口设计
• 3.4 二自由度并联机器人控制系统的软件设计
• 3.4.1 主程序设计
• 3.4.2 PWM 波程序设计
• 3.4.3 D/A 程序设计
• 3.4.4 电机位置和速度检测
• 3.4.4.1 电机轴位置检测
• 3.4.4.2 电机速度检测
• 3.4.4.3 检测电路的连接和软件设计
• 3.4.5 DSP 和PC 通信
• 3.4.5.1 通信协议设置
• 3.4.5.2 SCI 通信程序的编制
• 3.4.5.3 PC 机通信程序的编制
• 3.4.6 提高系统软件可靠性的方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 二自由度并联机器人轨迹规划的实验设计和验证
• 4.1 概述
• 4.2 二自由度并联机器人控制试验
• 4.2.1 控制系统软件平台CCS 的介绍
• 4.2.2 伺服电机控制原理和伺服增益的调节
• 4.2.2.1 伺服电机的控制原理
• 4.2.2.2 伺服电机位置和速度增益调整
• 4.2.2.3 功能用户参数的的设定
• 4.2.3 二自由度并联机器人的速度控制
• 4.2.4 二自由度并联机器人的位置控制
• 4.3 二自由度并联机器人轨迹规划及其仿真
• 4.3.1 轨迹规划设计与编程
• 4.3.2 二自由度并联机器人规划仿真
• 4.3.3 仿真结果和分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文研究的主要成果
• 5.2 研究尚存在的问题和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录A 安川伺服单元输出输入接口
• 附录B 控制系统实物图