新型三平移并联机器人机构的控制研究

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并联机构机器人有许多明显优于串联机构机器人的优点,其具有刚度大、承载能力强、误差小等特点,在航天、医疗、数控加工、微动控制等过程中有十分广泛的应用。课题对三平移并联机器人的运动学关系进行了分析,提出了利用MATLAB程序绘制机器人工作空间三维模型的方法,建立了完整的并联机器人控制系统,并且详细的做了轨迹规划,利用VC++设计了机器人系统的计算机控制软件,使机器人能在其工作空间内精确地按照用户给定的轨迹运动。在分析比较国内外并联机器人的几种控制方案的基础上,确定了并联机构支路步进电机分散驱动的控制形式。在并联机构机器人理论研究方面,首先介绍了滑模变结构控制理论。重点对滑模变结构控制系统的滑模存在性、可达性及稳定性条件进行分析;讨论了滑模变结构控制的相关问题:准滑模区、系统抖振以及趋近律对抖振的影响等。针对变结构控制系统的抖振,结合步进电机分散驱动并联机构的控制形式,提出了一种新的滑模变结构控制算法以消除抖振,并进行了仿真试验,仿真实现了对各支路主动副期望运动轨迹的跟踪。仿真结果表明:该算法解决了滑模控制的震颤问题,系统的鲁棒性好,且系统抗干扰能力强,对系统参数变化不敏感,具有良好的跟踪性能,实现了对该并联机器人的高精度实时控制。在并联机构数控系统的实验中,采用多微处理器结构,以“PC机+多轴运动控制卡”进行构建。这种结构既简化了控制系统的结构,又具有较好的实时性和可靠性。最后利用VC++设计了并联机构的计算机控制软件,使并联机构能在其工作空间内顺利完成给定的轨迹运动,而且具有一定的控制精度。
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