一種三自由度索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、索并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作空間大、運(yùn)動(dòng)速度快、負(fù)載大等優(yōu)點(diǎn),在工程應(yīng)用中受到越來越多的重視,具有很高的研究和開發(fā)價(jià)值。高空攝像機(jī)器人是目前最先進(jìn)的攝像設(shè)備,能夠拍攝出更加立體、視角獨(dú)特、更具臨場感的視頻效果。本文結(jié)合高空攝像機(jī)器人的開發(fā)需求,以一種三自由度索并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對象,重點(diǎn)研究了機(jī)構(gòu)的懸鏈線模型、索力優(yōu)化、工作空間、靜剛度及控制策略,并對控制系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開發(fā)。主要研究內(nèi)容如下:
　　以三自由度索并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究

2、對象,考慮柔索的自身重力,建立了單索懸鏈線模型,對單索虛牽問題進(jìn)行了深入研究,給出了虛牽的判別方法。建立了機(jī)構(gòu)的整體數(shù)學(xué)模型,針對索力求解不唯一問題,通過考慮柔索限制懸垂的方法對柔索的索力進(jìn)行了優(yōu)化求解,仿真驗(yàn)證采用考慮限制懸垂對索力進(jìn)行優(yōu)化有效可行,進(jìn)而有效求出隨動(dòng)平臺(tái)位姿變化繩索的索長變化值。對機(jī)構(gòu)的工作空間進(jìn)行了分析,給出了具有拉力條件的可控工作空間,并針對結(jié)構(gòu)因素對工作空間的影響進(jìn)行了分析,為索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)提供依據(jù)。分析了

3、機(jī)構(gòu)的靜剛度分布,給出了工作空間內(nèi)的靜剛度分布情況,通過仿真驗(yàn)證機(jī)構(gòu)能夠滿足使用要求。
　　針對三自由度索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制,本文從兩個(gè)方面進(jìn)行了研究,首先建立起了單支鏈被控對象模型,針對現(xiàn)有控制系統(tǒng)的不足,對位置環(huán)控制器進(jìn)行改進(jìn),仿真驗(yàn)證提高了系統(tǒng)的響應(yīng)性能。針對索并聯(lián)機(jī)構(gòu)的冗余、非線性、滯后性、易受外界干擾等特點(diǎn),提出了采用模糊控制與PID控制相結(jié)合的控制策略,對PID參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線整定,有效的提高了系統(tǒng)的控制性能。