發(fā)布時(shí)間：2020-11-19 17:27

　　 憑借著剛度大和承載力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),并聯(lián)機(jī)構(gòu)常被用作運(yùn)動(dòng)模擬器、微動(dòng)操作器等。但是,并聯(lián)機(jī)構(gòu)仍然在一些方面需要改進(jìn),首先,液壓并聯(lián)機(jī)構(gòu)的能耗較高,其次并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行中耦合現(xiàn)象較為明顯,嚴(yán)重的影響了機(jī)構(gòu)的運(yùn)行精度。針對(duì)這些問題,冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)逐漸顯現(xiàn)出來,冗余支腿能夠平衡部分負(fù)載重力,減少了主液壓支腿的能量消耗,成為了近期研究的熱點(diǎn);除此之外,針對(duì)不同目標(biāo)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化也配合冗余結(jié)構(gòu)共同運(yùn)用到并聯(lián)機(jī)構(gòu)上,使并聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能得到提高。在控制算法上,工業(yè)中常用的PID控制策略易引起較嚴(yán)重的運(yùn)動(dòng)耦合現(xiàn)象,并聯(lián)機(jī)構(gòu)需要新的控制算法提高運(yùn)動(dòng)精度。本文的研究對(duì)象為六自由度冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu),開展了如下幾方面的研究:1.基于機(jī)器人學(xué)理論,對(duì)六自由度冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,并在此基礎(chǔ)上建立動(dòng)、靜坐標(biāo)系,推導(dǎo)坐標(biāo)系間的變換矩陣。根據(jù)滑閥的流量方程和液壓缸的連續(xù)性方程分析了液壓缸的動(dòng)力學(xué)特性,得出了液壓缸和負(fù)載的力平衡方程。借助于Newton-Euler方程,分析了機(jī)構(gòu)整體的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué),推導(dǎo)了機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣,并完成了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解求解。2.考慮并聯(lián)機(jī)構(gòu)最常見的幾種典型運(yùn)動(dòng),結(jié)合機(jī)構(gòu)尺寸和參數(shù)與速度、驅(qū)動(dòng)力和功率峰值的關(guān)系,確定優(yōu)化目標(biāo)及優(yōu)化函數(shù):綜合速度、驅(qū)動(dòng)力和功率峰值的多目標(biāo)綜合優(yōu)化策略。借助于免疫遺傳算法(Immune Genetic Algorithm,IGA),對(duì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了多目標(biāo)的優(yōu)化,使并聯(lián)機(jī)構(gòu)在滿足使用條件的同時(shí),擁有最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性。最后與工業(yè)界成熟的產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比仿真,觀察優(yōu)化效果。3.在MATLAB/Simulink中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建:使用SimMechanics模塊搭建冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可視化機(jī)械結(jié)構(gòu)模型,在Simulink中搭建液壓缸傳遞函數(shù)模型、運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解模塊和P控制模塊。選取階躍函數(shù)和各個(gè)自由度的正弦函數(shù)對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)和曲線跟蹤情況進(jìn)行仿真測(cè)試,觀察其運(yùn)動(dòng)效果和非目標(biāo)自由度的運(yùn)動(dòng)耦合情況,并尋找各個(gè)情況下運(yùn)動(dòng)耦合現(xiàn)象的規(guī)律性。4.采用模態(tài)解耦理論,分析了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的模態(tài)特性;推導(dǎo)了模態(tài)空間下的計(jì)算力矩控制表達(dá)式,并據(jù)此設(shè)計(jì)了計(jì)算力矩控制器。在MATLAB/Simulink中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行各個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)的仿真測(cè)試,并將結(jié)果與之前的P控制方案進(jìn)行對(duì)比分析,總結(jié)模態(tài)空間下計(jì)算力矩控制對(duì)運(yùn)動(dòng)耦合現(xiàn)象的抑制作用。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TH112
【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
        1.1.1 課題背景
        1.1.2 課題研究目的與意義
    1.2 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展概況
    1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.3.1 冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)
        1.3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析
        1.3.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        1.3.4 控制策略
    1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容
第二章 數(shù)學(xué)建模與動(dòng)力學(xué)分析
    2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及數(shù)學(xué)建模
        2.1.1 冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)
        2.1.2 坐標(biāo)系的建立
    2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析
        2.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        2.2.2 單一液壓支腿的動(dòng)力學(xué)分析
        2.2.3 機(jī)構(gòu)整體的動(dòng)力學(xué)分析
    2.3 本章小結(jié)
第三章 基于免疫遺傳算法的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
    3.1 優(yōu)化目標(biāo)及優(yōu)化函數(shù)
        3.1.1 確定優(yōu)化目標(biāo)
        3.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析
        3.1.3 確定優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)
    3.2 基于免疫遺傳算法的結(jié)構(gòu)優(yōu)化
        3.2.1 免疫遺傳算法介紹
        3.2.2 免疫遺傳算法的實(shí)現(xiàn)過程
        3.2.3 優(yōu)化仿真結(jié)果的對(duì)比分析
    3.3 本章小結(jié)
第四章 冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與耦合分析
    4.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案
    4.2 冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)機(jī)械系統(tǒng)仿真模型設(shè)計(jì)
        4.2.1 SimMechanics簡(jiǎn)介
        4.2.2 基于SimMechanics的機(jī)構(gòu)仿真模型搭建
    4.3 液壓驅(qū)動(dòng)單元的仿真模型
    4.4 基于P控制的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    4.5 系統(tǒng)仿真結(jié)果與耦合分析
    4.6 本章小結(jié)
第五章 冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)模態(tài)空間的計(jì)算力矩控制策略
    5.1 模態(tài)特性分析
        5.1.1 模態(tài)解耦理論
        5.1.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的模態(tài)解耦分析
    5.2 計(jì)算力矩控制策略
        5.2.1 計(jì)算力矩控制原理介紹
        5.2.2 模態(tài)空間下的計(jì)算力矩控制器設(shè)計(jì)
    5.3 模態(tài)空間下計(jì)算力矩控制策略的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    5.4 仿真結(jié)果對(duì)比分析
    5.5 本章小結(jié)
第六章 全文總結(jié)與展望
    6.1 全文工作總結(jié)
    6.2 后續(xù)工作及展望
致謝
參考文獻(xiàn)
附錄
    附錄A 疫遺傳優(yōu)化算法的實(shí)現(xiàn)代碼
攻讀碩士學(xué)位期間取得的成果

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 羅仁權(quán);;全球工業(yè)4.0大趨勢(shì):大中華智慧機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的商機(jī)與挑戰(zhàn)[J];中國(guó)科學(xué)院院刊;2015年06期

2 周昌春;方躍法;葉偉;;6-RRS冗余驅(qū)動(dòng)飛行模擬器運(yùn)動(dòng)學(xué)與工作空間分析[J];北京交通大學(xué)學(xué)報(bào);2015年01期

3 高建勇;胡曉;張艷紅;邢義川;;某大型升船機(jī)振動(dòng)模型設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問題探討[J];水電能源科學(xué);2013年07期

4 吳樂彬;王宣銀;李強(qiáng);;對(duì)接模擬并聯(lián)六自由度平臺(tái)的模糊免疫PID控制[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2008年03期

5 付勇智;趙景山;張?jiān)魄?陳立平;;空間4-UPU并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年10期

6 吳軍;李鐵民;關(guān)立文;;飛行模擬器運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的計(jì)算力矩控制[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年08期

7 黃其濤;韓俊偉;何景峰;;六自由度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)動(dòng)力學(xué)建模及分析[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2006年04期

8 李鷺揚(yáng),吳洪濤,朱劍英;Gough-Stewart平臺(tái)高效動(dòng)力學(xué)建模研究[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2005年08期

9 趙強(qiáng),閻紹澤;雙端虎克鉸型六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型[J];清華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年05期

10 楊建新,汪勁松,郁鼎文;空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)逆解的模塊化計(jì)算方法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2005年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 郝齊;一種兩自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)控制研究[D];清華大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 文剛;六自由度并聯(lián)機(jī)器人控制算法研究[D];西南交通大學(xué);2017年

2 劉曉昕;Stewart平臺(tái)的MATLAB集成工具箱設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2890259