基于3-RPS型并联机器人驱动位移轨迹跟踪控制研究

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近年来,并联机器人这个词已经并不陌生了,其在各个领域的应用非常广泛,主要原因是由于其整体刚度相对比较大、执行器所承载的能力很强、运行操作相对比较简单等优点。但同时因其是一个多输入多输出、存在严重的非线性、强耦合系统,很大程度上影响了并联机器人更广阔地应用。本文主要通过对3-RPS型并联机器人驱动位移轨迹跟踪控制研究,对比分析不同的控制策略所产生的控制的效果,由此为选择更优的控制方法提供了重要的理论依据,从而使并联机器人在实际应用中的品质和操作性能得到大大地提高。本文主要有以下几个方面的内容:首先,针对该并联机器人分析了其运动学方面。应用坐标变换法、欧拉角、封闭解法对其进行位置正反解分析,得出该并联机器人的驱动杆的伸长量和动平台的位置;同时运用螺旋理论原理,计算得出该并联机器人的自由度、雅克比矩阵、奇异位形,并且通过运用传统的计算公式Kutzbach-Grubler验证了基于螺旋理论计算并联机器人自由度方法的正确性。运动学分析为机构在Matlab中建模和获得驱动位移期望轨迹提供了理论依据。其次,针对该并联机器人分析了其动力学方面。得出了该并联机器人驱动力、约束力矩以及动平台对支链的作用力;针对液压伺服系统,求得液压伺服系统的闭环传递函数。同时对该并联机器人进行了轨迹规划,以该并联机器人三支链的驱动副的位移变化作为期望轨迹,在所求得的位置反解的基础上,应用Matlab建模仿真求得三驱动副的期望轨迹图,为下文的轨迹对比分析作铺垫。然后,根据控制原理,针对该并联机器人分别设计了常规PID控制器、模糊控制器、模糊PID控制器三类控制算法,为对并联机器人进行轨迹跟踪控制仿真分析提供理论依据。最后,在运动学、动力学基础上,应用所设计的控制器,基于Matlab仿真软件,分别建立了控制仿真图,并对该并联机器人的驱动位移进行了轨迹跟踪控制仿真分析,仿真结果验证了所设计的控制器的有效性,对比分析了各控制算法的控制精度,得出结论。
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