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《西安电子科技大学》 2009年
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两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究

刘欣  
【摘要】: 平面2自由度冗余驱动并联机器人和绳牵引并联机器人是并联机器人家族中重要的组成部分,具有广泛的应用领域和重要的开发价值。本文针对这两种并联机器人进行了工作空间分析、奇异性分析、刚度解析表达、冗余驱动力优化分配、动力学建模及运动控制的研究,旨在为这两种并联机器人的性能提升和实际工程应用提供理论依据和技术支持。完成的主要工作及取得的研究成果归纳如下: 1.建立了平面2自由度冗余驱动和非冗余驱动并联机器人结构参数与工作空间形状的函数关系,绘制了两者基于无量纲参数的工作空间图谱,比较了两类工作空间的特点与优缺点,为该并联机器人的机构设计提供了系统的参考依据。 研究了平面2自由度冗余驱动与非冗余驱动并联机器人的奇异性,推导了奇异轨迹的解析表达式,绘制了基于无量纲参数的奇异轨迹图谱,揭示了冗余驱动对消除机构奇异性的有效作用,为机构避免奇异性的路径规划提供了有益的参考。 2.对平面2自由度冗余驱动并联机器人的综合性能进行了优化设计。基于运动学模型,给出了该机器人的雅可比矩阵和最优拓扑构形,分析了结构参数对工作空间和奇异性的影响规律。提出了衡量机器人运动精度、力传递能力、结构刚度和工作空间利用率的综合评价指标,建立了以综合评价指标为目标函数,以任务空间和无奇异位形为约束条件的数学优化模型,采用自适应遗传算法完成了优化求解。 3.研究欠约束、完全约束及冗余约束绳牵引并联机器人的工作空间,给出了三类约束绳牵引并联机器人工作空间存在的普遍条件及证明,进而提出一种适用于三类约束绳牵引并联机器人工作空间的一致求解策略,并应用一致求解策略对三个典型机器人进行了工作空间的求解和对比分析。 4.建立了包含关节弹性变形以及绳拉力等因素的绳牵引并联机器人完整的刚度模型,推导了刚度矩阵的数学表达式。通过对理论模型进行数值仿真,探讨了绳牵引并联机器人的构型参数及驱动力对系统刚度的影响机理,为机器人的变刚度控制奠定理论基础。 5.针对飞行器风洞柔性支撑系统和大型射电望远镜舱索粗调子系统-两种不同应用背景的绳牵引并联机器人,进行动力学控制的研究。基于Newton-Euler法分别建立了两个绳牵引并联机器人的系统动力学模型。 以应用于低速风洞试验的6自由度绳牵引冗余并联机器人为研究对象,设计了基于刚度增强准则的关节空间PD修正前馈控制器,实现了以提高飞行器升力方向、顺风向和俯仰转动方向刚度为目标的绳系张力优化分配,解决飞行器模型在风荷作用下动态定位误差大的问题。 以应用于大型射电望远镜馈源位姿动态调整的绳牵引冗余并联机器人为研究对象,给出了以柔索强度和电机负荷为约束条件,以索力范数为目标的驱动力优化求解方法;利用基于绳长关节空间的PD修正前馈控制器引入非线性状态反馈补偿,通过干扰观测器观测外部扰动对电机跟踪性能的影响,有效进行了振动抑制。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP242

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 黄佳怡;柔索驱动并联机器人的理论及其应用研究[D];南京航空航天大学;2010年
2 梁永红;冗余绳牵引并联机器人工作空间求解方法及性能的研究[D];西安电子科技大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡胜利,白师贤;冗余驱动的平面并联操作手的输入力优化[J];北京工业大学学报;1997年02期
2 闫彩霞;何广平;陆震;;过驱动并联机器人驱动力矩的特解构造法[J];北京航空航天大学学报;2008年06期
3 罗翔,田梦倩,颜景平;基于构形的冗余度机器人自运动规划方法[J];东南大学学报(自然科学版);2003年06期
4 吴学忠,吴宇列,李圣怡;平面二自由度并联执行机构的设计与实现[J];国防科技大学学报;2001年01期
5 吴宇列,吴学忠,李圣怡;冗余并联机构的PD控制[J];国防科技大学学报;2001年03期
6 沈辉,吴学忠,李圣怡,李泽湘;并联机构的奇异位形分析及冗余驱动控制方法[J];国防科技大学学报;2002年02期
7 沈辉,吴学忠,李泽湘;并联机构中奇异性的稳定性问题[J];国防科技大学学报;2002年05期
8 沈辉,吴学忠,李泽湘;并联机构奇异点的运动分岔研究[J];国防科技大学学报;2004年06期
9 张立勋;王克义;张今瑜;王岚;;基于绳索牵引的骨盆运动并联康复机器人的可控性研究[J];哈尔滨工程大学学报;2007年07期
10 韩先国,陈五一,郭卫东;采用冗余驱动提高并联机床精度的研究[J];航空学报;2002年05期
中国博士学位论文全文数据库 前6条
1 吴宇列;并联机构奇异位形的微分几何理论以及冗余并联机构的研究[D];国防科学技术大学;2001年
2 沈辉;并联机器人的几何分析理论和控制方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
3 郑亚青;绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究[D];华侨大学;2004年
4 张立杰;两自由度并联机器人的性能分析及尺寸优化[D];燕山大学;2006年
5 汤奥斐;大跨度柔索驱动并联机器人关键问题分析及模型实验研究[D];西安电子科技大学;2007年
6 訾斌;超大型天线馈源指向跟踪系统的力学分析及控制研究[D];西安电子科技大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范程华;朱武;;专家PID温度控制在高真空磁控溅射镀膜机中的应用研究[J];合肥师范学院学报;2009年03期
2 胡龙军;陈一波;陶吉利;;基于神经网络参数自整定PID控制的应用[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2009年06期
3 沈亚斌;赵涛;陈桂;;过程控制系统课程教学改革的探索与实践[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年06期
4 高洪;赵韩;;并联机器人机构学理论研究综述[J];安徽工程科技学院学报(自然科学版);2006年01期
5 刘志学;吴丽娟;;模糊迭代学习在单关节机器人运动控制中的应用[J];辽宁科技大学学报;2009年04期
6 刘宇;王克成;;基于Fuzzy-PID算法的热处理炉新型控制器[J];辽宁科技大学学报;2009年06期
7 徐少川;王琳琳;;基于单神经元自适应PID的煤气混合解耦控制[J];辽宁科技大学学报;2010年02期
8 杨玉杰;;模糊控制在酸洗系统温度控制中的应用[J];辽宁科技大学学报;2010年03期
9 肖永军;杨智;董冉;熊准;曾庆栋;;无线光通信粗跟踪一维模拟实验研究[J];半导体光电;2011年04期
10 嵇国金,马奎,王磊;微纳操作器运动学分析[J];微纳电子技术;2003年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 阮久宏;荣学文;吴三友;;凿岩机器人液压系统ADRC控制器设计与仿真[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
3 孙立宁;李长峰;曲东升;刘彦武;;ICF精密并联机器人系统的研制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 李俊丽;张光辉;祝晓红;;新型智能变增益单神经元PID控制算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
5 王旭光;孙衢;;基于模糊免疫控制的PI调速器设计[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
6 胡英;吴德烽;;一种柔性检测机器人的运动学研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
7 章国江;郑凯;贺风华;陈松林;;一类Lagrange运动控制系统的非平滑滑模变结构控制[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
8 王鹏;刘锋;梅生伟;王克非;;高压输电线自主巡线机器人的鲁棒控制设计[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
9 ;Research of PID Parameter Optimization Based-on Cultural Based Ant Colony Algorithm for Superheated Steam Temperature[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 苏思贤;杨慧中;;一种基于RBF在线辨识的单神经元自抗扰控制器[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘攀;绳索牵引机器人及虚拟重力系统研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 吴健荣;蒸汽发生器检修机器人样机研制及其关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 常艳艳;水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 汪木兰;神经网络硬化实现的共性技术在电力传动中应用研究[D];合肥工业大学;2010年
6 梁桥康;特殊应用的多维力/力矩传感器研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
7 罗石;线控转向系统主动安全预测控制策略的研究[D];江苏大学;2010年
8 张克涛;变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D];北京交通大学;2010年
9 皮阳军;电液伺服并联六自由度舰船运动模拟器轨迹跟踪控制及其应用研究[D];浙江大学;2010年
10 李雨桐;并联机构运动奇异性及其动态稳定性研究[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 户燕会;工业机器人的工作空间和误差补偿的分析与仿真[D];河南理工大学;2010年
2 徐旭;基于ARM的电阻点焊控制器[D];南昌航空大学;2010年
3 苗晋玲;基于ARM的三自由度直升机嵌入式控制系统设计[D];南昌航空大学;2010年
4 岳光亮;基于液压制动行星调速软起动系统的研究设计[D];山东科技大学;2010年
5 于振涛;矿用液压支架搬运车辆结构设计与液压驱动系统性能研究[D];山东科技大学;2010年
6 刘鲁艳;基于PJR-2X型喷浆机器人的开放式算法平台研究与设计[D];山东科技大学;2010年
7 刘健洪;基于ARM和CAN总线的染色机温度控制系统研究[D];浙江理工大学;2010年
8 郭大杰;3-PRRRR移动并联机构自由度、约束奇异和运动学分析[D];浙江理工大学;2010年
9 李保强;基于模糊PID的叶腊石烤箱温度控制系统研究[D];郑州大学;2010年
10 刘玲玲;PID参数整定技术的研究及应用[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 沈辉,吴学忠,李圣怡,李泽湘;并联机构的奇异位形分析及冗余驱动控制方法[J];国防科技大学学报;2002年02期
2 张立勋;刘攀;王克义;张今瑜;;绳索牵引并联康复机器人的建模与控制[J];哈尔滨工程大学学报;2009年01期
3 刘攀;张立勋;王克义;张今瑜;;绳索牵引康复机器人的动力学建模与控制[J];哈尔滨工程大学学报;2009年07期
4 刘雄伟,郑亚青,林麒;应用于飞行器风洞试验的绳牵引并联机构技术综述[J];航空学报;2004年04期
5 郑亚青,林麒,刘雄伟;低速风洞绳牵引并联支撑系统的机构与模型姿态控制方案设计[J];航空学报;2005年06期
6 刘欣;仇原鹰;盛英;;风洞试验绳牵引冗余并联机器人的刚度增强与运动控制[J];航空学报;2009年06期
7 郑亚青,刘雄伟;六自由度绳牵引并联机构的可达工作空间分析[J];华侨大学学报(自然科学版);2002年04期
8 刘华生,童昕;两自由度绳牵引并联机构[J];华侨大学学报(自然科学版);2004年04期
9 郑亚青;朱文白;刘雄伟;;FAST馈源舱绳牵引并联支撑系统的机构设计[J];华侨大学学报(自然科学版);2007年04期
10 胡龙;郑亚青;林麒;刘雄伟;;低速风洞绳牵引并联机构的动力学分析[J];华侨大学学报(自然科学版);2008年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郑亚青;绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究[D];华侨大学;2004年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡胜利,白师贤;冗余驱动的平面并联操作手的输入力优化[J];北京工业大学学报;1997年02期
2 刘迎春,余跃庆;柔性协调机器人系统的动力学建模与仿真[J];北京工业大学学报;2000年S1期
3 蔡胜利,白师贤;3-SRS型带冗余度并联机器人的运动学分析[J];北京工业大学学报;1995年04期
4 蔡胜利,白师贤;平面8杆机构的动力学分析[J];北京工业大学学报;1996年03期
5 岳士岗,白师贤;具有最优初始位形的冗余度柔性杆机器人关节驱动力矩优化[J];北京工业大学学报;1998年01期
6 陈伟海,武桢,丁希伦,张启先;冗余度机器人动力学容错控制技术研究[J];北京航空航天大学学报;2000年06期
7 郭祖华,陈五一,陈鼎昌;6杆并联机构运动学及杆受力的仿真[J];北京航空航天大学学报;2001年01期
8 白志富;韩先国;陈五一;;基于冗余驱动的大姿态角并联机构优化设计[J];北京航空航天大学学报;2006年07期
9 罗建国;陆震;;冗余驱动直角坐标串并联机构动力学对比分析[J];北京航空航天大学学报;2007年01期
10 李鲁亚,张启先,刘亚斌,陈伟海;冗余度机器人力控制的运动学稳定性分析[J];北京航空航天大学学报;1997年04期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙欣;大射电望远镜悬索式馈源支撑系统的非线性静力学、运动学和动力学理论及方法的研究[D];西安电子科技大学;2001年
2 张成新;柔性机器人协调操作的动力学分析与规划[D];北京工业大学;2002年
3 吴宇列;并联机构奇异位形的微分几何理论以及冗余并联机构的研究[D];国防科学技术大学;2001年
4 仇原鹰;大射电望远镜馈源支撑与指向跟踪系统的力学模型分析及实验研究[D];西安电子科技大学;2002年
5 苏玉鑫;大射电望远镜精调Stewart平台的优化、分析与控制[D];西安电子科技大学;2002年
6 董志强;大射电望远镜馈源舱支撑结构的减振与测量[D];西安电子科技大学;2003年
7 郑亚青;绳牵引并联机构若干关键理论问题及其在风洞支撑系统中的应用研究[D];华侨大学;2004年
8 李艳文;几类空间并联机器人的奇异研究[D];燕山大学;2005年
9 韩先国;并联机床相关理论及设计方法研究[D];北京航空航天大学;2002年
10 保宏;大型射电望远镜馈源指向系统的控制、优化与实验[D];西安电子科技大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前5条
1 林晶;柔性机构动力平衡的理论与实验研究[D];北京工业大学;2000年
2 刘林涛;多冗余度柔性机器人运动规划[D];北京工业大学;2001年
3 张玉魁;大射电望远镜控制软件系统研究[D];西安电子科技大学;2002年
4 佘海波;大射电望远镜悬索馈源支撑系统的控制硬件设计与实现[D];西安电子科技大学;2002年
5 缪萍;冗余度机器人及其协调操作的容错运动规划[D];北京工业大学;2002年
【相似文献】
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7 范守文,徐礼钜;6-SPS并联机器人工作空间的边界曲面分析方法[J];机械科学与技术;2002年01期
8 孟祥志,伍懿,刘志峰,蔡光起;一种新型并联机器人的运动性能[J];东北大学学报(自然科学版);2003年11期
9 李方,南仁东;一种分析并联机器人工作空间的解析几何法[J];机械制造;2003年03期
10 崔建昆,徐礼钜;求解并联机器人工作空间的迭代搜索法[J];上海理工大学学报;1996年03期
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1 孙立宁;刘彦武;曲东升;李长峰;;靶定位并联机器人控制研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
2 江晓玲;郑亚青;黄宜坚;;磁流变阻尼器在外墙清洗绳牵引并联机器人中的应用[A];第六届全国电磁流变液及其应用学术会议程序册及论文摘要集[C];2011年
3 张波;赵明扬;隋春平;;一种新型柔索驱动并联机器人的动力学研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
4 贺利乐;段志善;;并联机器人的动态性能及控制方法的研究现状与展望[A];振动利用技术的若干研究与进展——第二届全国“振动利用工程”学术会议论文集[C];2003年
5 孙立宁;李长峰;曲东升;刘彦武;;ICF精密并联机器人系统的研制[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 马履中;尹小琴;杨启志;谢俊;;新型空间三平移并联全柔性机构运动分析及力分析[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
7 刘辛军;汪劲松;米浦波;王立平;;DELTA并联机器人最大内切工作空间的几何求解[A];2001年中国智能自动化会议论文集(上册)[C];2001年
8 杭鲁滨;王彦;杨廷力;;并联机器人机构解耦准则研究[A];制造业与未来中国——2002年中国机械工程学会年会论文集[C];2002年
9 孔令富;马龙生;;基于PC微型机和MCS-96单片机的并联机器人分布式控制系统的设计[A];1993中国控制与决策学术年会论文集[C];1993年
10 马履中;尹小琴;杨廷力;;基于一种新型{3-R//R//C}三平移并联机器人机构的动力分析及动态仿真[A];面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术——2001年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集[C];2001年
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1 李丹;天津大学拉动地方经济腾飞[N];科技日报;2001年
2 安晖 魏屹东 山西大学科学技术哲学研究中心、哲学社会学学院;意识产生于全局工作空间[N];中国社会科学报;2011年
3 本版编辑 记者 肖玉保 吴铎思 乔雨;在谋求和谐中拓展工会工作空间[N];工人日报;2006年
4 李红军;拓展思想政治工作空间[N];人民公安报·消防周刊;2008年
5 张红 黄京一;“做我们自己的机器人”[N];人民日报海外版;2010年
6 记者武威、杜安娜;“李刚门”事件后 河大附“抄袭门”[N];广州日报;2010年
7 江苏 徐海涛;创造Photoshop更大的工作空间[N];电脑报;2005年
8 赵令蔚;加大监督力度拓展民行检察工作空间[N];汕头日报;2007年
9 王印存 河北省涞水县计生协会;做实“四功” 拓展计生协会工作空间[N];中国人口报;2011年
10 严士学;拓展工会在建设和谐企业中的工作空间[N];工人日报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘欣;两种并联机器人的机构性能分析与运动控制研究[D];西安电子科技大学;2009年
2 李艳;二自由度冗余驱动并联机器人的动力学建模及控制研究[D];山东大学;2010年
3 李海虹;一种含柔性杆件的高速并联机器人优化设计方法研究[D];天津大学;2009年
4 洪林;并联机器人精度分析与综合研究[D];天津大学;2004年
5 张淑平;基于视觉的并联机器人位姿检测方法研究[D];东华大学;2010年
6 沈辉;并联机器人的几何分析理论和控制方法研究[D];国防科学技术大学;2003年
7 王洪瑞;液压六自由度并联机器人运动控制研究[D];燕山大学;2003年
8 刘玉斌;一种新型6-PRRS并联机器人系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
9 于凌涛;6-PTRT型并联机器人关键技术及其在正骨手术中的应用[D];哈尔滨工业大学;2007年
10 杨永刚;6-PRRS并联机器人关键技术的研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张祖华;2-PPa移动并联机构运动学设计[D];浙江理工大学;2010年
2 李叔祥;6-THRT并联机器人的标定研究[D];南京理工大学;2004年
3 陈哲浩;并联机器人智能控制方法研究[D];西安建筑科技大学;2004年
4 胡国胜;6-SPS型并联机器人的工作空间分析及奇异性研究[D];东华大学;2005年
5 周娜;并联机器人视觉伺服系统的跟踪检测研究[D];东华大学;2011年
6 梁永红;冗余绳牵引并联机器人工作空间求解方法及性能的研究[D];西安电子科技大学;2010年
7 陈莉;六自由度并联机器人控制与应用研究[D];新疆大学;2011年
8 蒋俊香;6-PUS/UPS并联机器人结构设计及理论分析[D];燕山大学;2010年
9 邬昌峰;6-SPS并联机器人工作空间研究及其优化设计[D];合肥工业大学;2003年
10 王海东;并联机器人机构构型与性能分析[D];燕山大学;2001年
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