基于李群李代数的6-RUS并联机构的动力学控制研究

发布时间：2023-09-16 19:39

　　并联机构与串联机构相比,具有刚度特性好、自重负荷比小、承载力强、精度较高的优点,同时在结构方面也更加节省空间。并联机构在高精度自动定位、多自由度操纵等领域有着重要的应用价值。对于构型确定的并联机构,模型的建立分析和控制方法的选择,对其性能有至关重要的影响。本文以6-RUS并联机构为研究对象,构造其许动变分子空间基底和驱动力子空间基底,得出动力学分析所需的运动螺旋,使用G-K修正法对并联机构的自由度进行求解,并对该并联机构驱动副的选择进行验证。基于D-H算法构造机构的位置约束方程,对机构的位置逆解进行研究,通过Matlab实现运动学位置逆解的仿真和数值分析;基于旋量理论对该并联机构的广义逆雅可比矩阵进行求解,推导6-RUS并联机构的海塞矩阵,并给出该并联机构在初始位形下的数值算例;基于李群李代数理论对机构各部件的惯性力螺旋和重力螺旋进行分析,在此基础上采用虚功原理建立动力学模型,进行数值仿真,通过对比、分析,得到基于李群李代数的6-RUS并联机构动力学算法;在动力学模型基础上,根据末端执行器的控制要求,分别对定点控制问题和轨迹跟踪控制问题进行了对比分析,得出动力学控制可以使被控机构具有良...

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 并联机构的研究现状
    1.3 并联机构相关理论的研究现状
        1.3.1 运动学研究现状
        1.3.2 动力学研究现状
        1.3.3 并联机构控制研究现状
        1.3.4 现代数学理论在并联机构中的应用现状
    1.4 论文主要研究内容及方法
第2章 理论基础及机构构型分析
    2.1 引言
    2.2 李群李代数理论
        2.2.1 李群与刚体变换
        2.2.2 伴随变换
        2.2.3 N关节串联运动链的位置、速度、加速度模型
        2.2.4 SE(3)的李代数
    2.3 旋量理论
        2.3.1 螺旋运动与旋量
        2.3.2 互易积
    2.4 动力学控制理论
    2.5 6-RUS并联机构的构型分析
        2.5.1 6-RUS并联机构的结构分析
        2.5.2 无约束RUS支链分析
    2.6 本章小结
第3章 6-RUS并联机构运动学分析
    3.1 引言
    3.2 6-RUS并联机构自由度计算
    3.3 6-RUS并联机构驱动副的选择
    3.4 6-RUS并联机构位置逆解分析
        3.4.1 机构定义
        3.4.2 结构参数
        3.4.3 逆解算法
        3.4.4 数值算例
    3.5 6-RUS并联运动链的广义雅可比矩阵
    3.6 6-RUS并联机构的速度分析
    3.7 6-RUS并联机构加速度分析
    3.8 数值算例
    3.9 本章小结
第4章 6-RUS并联机构动力学分析
    4.1 引言
    4.2 6-RUS并联机构动力学模型
        4.2.1 部件分解及运动描述
        4.2.2 部件与末端刚体的速度分析
        4.2.3 部件与末端刚体的加速度分析
        4.2.4 刚体所受惯性力螺旋和重力螺旋
        4.2.5 动力学模型
    4.3 数值仿真
        4.3.1 并联机构的结构参数
        4.3.2 6-RUS并联机构动力学的单因素仿真
        4.3.3 6-RUS并联机构逆运动学与逆动力学的综合仿真
    4.4 算法验证与对比分析
        4.4.1 算法验证
        4.4.2 对比分析
    4.5 本章小结
第5章 6-RUS并联机构的动力学控制分析
    5.1 引言
    5.2 控制方法分析
        5.2.1 独立PD控制
        5.2.2 增广PD控制
        5.2.3 计算力矩控制
    5.3 仿真分析
        5.3.1 实验背景介绍
        5.3.2 Simulink简介
        5.3.3 数值算例
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间所取得的相关科研成果
致谢



本文编号：3847078