一種應(yīng)用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)的平面五桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、機(jī)械電子工程專業(yè)是一個(gè)跨電子、計(jì)算機(jī)與機(jī)械學(xué)科的綜合性交叉學(xué)科。因此，在實(shí)際的教學(xué)實(shí)驗(yàn)中有必要設(shè)計(jì)一個(gè)綜合性試驗(yàn)平臺(tái)，便于學(xué)生加深對(duì)該專業(yè)內(nèi)涵的理解。針對(duì)機(jī)械電子工程專業(yè)的跨學(xué)科的特點(diǎn)，本文提出了一種應(yīng)用于其教學(xué)實(shí)驗(yàn)的平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行了設(shè)計(jì)和分析。
　　首先，對(duì)平面五桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析。由于五桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有很多奇異位形，因此在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中需要著重考慮其奇異位形的影響。條件數(shù)的逆可以作為衡量末端執(zhí)行器與奇異

2、位形距離的參數(shù)。通過(guò)給出不同的構(gòu)型下條件數(shù)的逆在工作空間的分布圖，可以方便地定義優(yōu)化的工作空間。優(yōu)化的工作空間最大限度地削弱了各種奇異位形的影響，為以后的控制策略中的軌跡規(guī)劃奠定了理論基礎(chǔ)。同時(shí)通過(guò)求出內(nèi)力項(xiàng)的零空間的解，得到本平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)方程，解決了并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程求解復(fù)雜的困難。
　　其次，對(duì)機(jī)構(gòu)的硬件電路和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述?？紤]本機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)拆裝靈活的特點(diǎn)，硬件結(jié)構(gòu)采用了三層主從式結(jié)構(gòu)?？刂破髦g的通訊方式采用了R

3、S232串口通訊和SPI兩種形式。并針對(duì)電機(jī)控制，設(shè)計(jì)了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路及抗干擾電路等等。根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的主從式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，控制結(jié)構(gòu)采用全閉環(huán)控制。其中，主控制器作為位置環(huán)控制器，從控制器作為速度環(huán)控制器。
　　最后，提出了三種基于平面五桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型的控制算法PD控制、增廣PD控制及計(jì)算力矩控制。利用MATLAB仿真了三種控制算法應(yīng)用于本平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的控制效果。計(jì)算力矩控制的控制效果最佳，可以將末端執(zhí)行器的位置誤差控