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解耦结构三平移力反馈控制器研究

晁艳霞  
【摘要】:近年来,随着虚拟现实技术及遥操作技术的发展,对力反馈控制器的研究逐渐得到了国内外许多大学和科研机构的关注。力反馈控制器作为虚拟现实和遥操作系统中的力控制/力反馈设备,它的形式多种多样,有游戏杆、方向盘、数据手套、外骨架、手操纵器等等;从结构上来分有串联结构、并联结构和串并联结构;从安装方式来分有便携式的和台式的,便携式的或戴在手上、或穿在肩膀和胳膊上;台式的安放到桌子或地上、还有的安装到屋子的顶部。 本文提出了一种并联结构的台式力反馈控制器,它既有并联机器人的优点,又避免了戴在胳膊上或手上给操作者带来的不便。本文所研究的力反馈控制器三个分支正交分布,其末端执行器只具有X-Y-Z三个方向的平移运动,且具有运动解耦的特点,每个分支只控制一个方向的运动,对其它分支的运动没有影响。文中对此控制器的构型、运动学分析、静力学、空间模型以及各项性能等进行了研究,具体内容为: 1.建立了机构的运动学方程,求得了其位置正、反解;速度正、反解以及加速度正、反解的表达式,得到了该控制器的运动雅克比矩阵J。 2.建立了该控制器的静力学模型,得到了力传递雅克比矩阵G的解析表达式,为以后控制软硬件的设计奠定了基础。 3.建立了该控制器的空间模型,为以后的优化设计奠定了基础。 4.对该控制器的运动传递各向同性、力传递各向同性、运动传递指标、承载能力、柔度等进行了分析并得出了图谱,同时对该控制器的特殊位形以及工作空间等进行了论述。


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