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2014022023-柴彩彩.doc机电控制系统原理与设计

题目: 基于六自由度平台的控制方法研究
学院: 机电工程学院
专业班级: 机械工程(04)班
学生姓名: 柴彩彩
学号: 2014022023
基于六自由度平台的控制方法研究
一、研究背景:
六自由度平台也成为Gough-Stewart平台、Stewart平台,如图所示,是一种典型的并联机器人,自从1965年Stewart提出飞行模拟器的设计思路以来,六自由度平台引起了众多学者的关注。六自由度串联机械手是由六个关节组成,机械手安装在工作台上,这种结构使机械手拥有几乎无限大的工作空间和高度的运动冗余性,并同时具有移动和操作功能,这使它优于普通的移动机器人和传统的机械手;另一方面,工作平台和机械手不但具有不同的动力学特性,同时考虑轨迹规划的不同特点,六自由度串联机械手在对固定机械手具有优势的同时,在运用上存在诸多难点,如逆解优化、控制方法、路径规划、解决方案的选用等。因此,六自由度串联机械手复杂运动控制的研究有十分重要的理论意义。 
本课题的六自由度串联机器人具有重量轻、运动速度快、空间通过能力强、完成空间范围大等特点,通过在通用控制窗口上不同轴的控制上各个关节角度来实现不同的功能以完成各种示教及工作任务,由于其采用的控制方式为软件编程实现,对于国内工业发展各种机械手运用于现代工业焊接和汽车企业等的喷漆等方面有重要意义,因此对提高、实现其重要价值也具有十分重要的意义。
基于六自由度串联机械手的复杂运动控制的研究,期望通过一种使用的轨迹设计方法,即利用六自由度串联机械手实现平面复杂运动轨迹的设计,使其能在不同的工业生产下完成预定的轨迹实现的准确性和实用性,则该机械手将在实在加工工业中发挥更重要的作用,并可完成许多人工条件无法完成的任务,从而提高机械手的利用性。新式的工业机器人都是以关节坐标直接编制程序的。机器人的工作是由控制器指挥的,而关节在每个位置的参数是预先记录好的。当机器人执行工作任务时,控制器给记录好的位置数据,使机器人按照预定的位置序列运动。 
开发比较高级的机器人程序设计语言,要求具有按照笛卡儿坐标规定工作任务的能力。物体在工作空间内的位置以及机器人手臂的位置,都是以某个确定的坐标系来描述的;而工作任务则是以某个中间坐标系(如附于手臂端部的坐标系)来规定的。
二、国内外研究现状:
位置逆解问题是机械手机构学乃至机械手学中的最基础也是最重要的研究问题之一,它直接关系到机械手运动分析、离线编程、轨迹规划和实时控制等工作。因为速度和加速度分析都要在进行位置分析的基础之上才能进行,所以位置逆解问题是机械手运动规划和轨迹规划的基础,只有通过运动学逆解把空间位姿转换为关节变量,才能实现对机械手末端执行器的控制。而从工程应用的角度出发,位置逆解问题的研究成果可以很容易地应用到机械手上面去,往往更引起我们的兴趣,因此就更加促进了对位置逆解问题的研究。 
对于运动学正解来说,它的解是唯一确定的,即各个关节变量给定之后,机械手的末端抓手和工具的位姿是唯一确定的;而运动学反解往往具有多重解,也可能不存在解。位置逆解的复杂程度往往与机械手的结构有很大关系。由于一般情况下,六个自由度便可满足机械手在工作空间内可达任一位姿,因此六自由度机械手最具有研究价值和实用价值。如果机械手的结构尺寸有些特殊,如轴