六自由度并联机器人运动学正-反解研究

硕士学位论文

目录.........................................................................................I 摘要.........................................................................................I Abstract.........................................................................................II 插图索引......................................................................................III 第1章绪论 (1)

1.1 课题研究的目的和意义 (1)

1.2 6-DOF并联机器人国内外发展研究现状 (1)

1.2.1 6-DOF并联机器人国内外发展现状 (1)

1.2.2 6-DOF并联机器人国内外研究现状 (3)

1.3 交流PMSM伺服驱动技术国内外发展现状 (5)

1.4 本论文主要研究内容 (6)

第2章 6-DOF并联机器人运动学分析 (8)

2.1 引言 (8)

2.2 6-DOF并联机器人基本结构简介 (8)

2.3 6-DOF并联机器人运动学反解分析 (9)

2.3.1 6-DOF并联机器人运动学反解算法推导 (9)

2.3.2 6-DOF并联机器人运动学反解算法Simulink实现 (10)

2.4 6-DOF并联机器人运动学正解分析 (14)

2.4.1 6-DOF并联机器人运动学正解算法推导 (14)

2.4.2 6-DOF并联机器人运动学正解算法Simulink实现 (15)

2.5 本章小结 (21)

第3章 6-DOF并联机器人三维建模及运动学仿真 (22)

3.1 引言 (22)

3.2 6-DOF并联机器人Pro/E三维建模 (22)

3.2.1 三维建模软件Pro/E使用简介 (22)

3.2.2 6-DOF并联机器人Pro/E三维建模和组装 (26)

3.3 6-DOF并联机器人ADAMS运动学仿真及Simulink联合仿真 (31)

3.3.1 机械系统仿真软件ADAMS使用简介 (31)

3.3.2 6-DOF并联机器人ADAMS运动学仿真 (32)

3.3.3 6-DOF并联机器人ADAMS-Simulink联合仿真 (37)

3.4 本章小结 (40)

第4章 PMSM-SVPWM矢量控制系统研究及其Simulink实现 (41)

4.1 引言 (41)

4.2 PMSM-SVPWM矢量控制系统基本原理 (41)

六自由度并联机器人运动学正/反解研究

4.2.1 永磁同步电机dq坐标系动态数学模型 (41)

4.2.2 SVPWM技术基本原理 (42)

4.3 PMSM-SVPWM与PMSM-SPWM矢量控制系统仿真 (44)

4.3.1 SVPWM技术的算法与Simulink实现 (44)

4.3.2 PMSM-SVPWM矢量控制系统仿真 (47)

4.3.3 PMSM-SPWM矢量控制系统仿真 (47)

4.3.4 PMSM-SVPWM与PMSM-SPWM矢量控制系统对比分析 (48)

4.4 本章小结 (50)

总结与展望 (51)

参考文献 (52)

致谢 (56)

附录攻读学位期间所发表的学术论文目录 (57)

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摘要

六自由度（6-degree of freedom，6-DOF）并联机器人因为其刚度高，动态性能优越，与串联机器人相比无累积位置控制误差等优点在一系列领域得到广泛应用，如并联机床，机器人操作器以及各种运动模拟等。目前6-DOF并联机器人主要以液压驱动和伺服电机驱动两种驱动方式为主，其中大功率场合以液压驱动为主，而伺服电机驱动的并联机器人则以其独特的优势逐渐占据小功率场合。

6-DOF并联机器人运动学正/反解是实现并联机器人闭环控制和各种复杂控制的必要环节，因此想要在并联机器人研究领域有进一步提高，对其运动学正/反解进行研究就非常必要。

本文以永磁同步电机（Permanent magnet synchronous motor，PMSM）驱动的6-DOF并联机器人为例，首先对其运动学反解、正解进行了详细分析研究，并推导出对应的算法，然后在Simulink中搭建对应的反解和正解模块，其中正解算法模块核心是离散牛顿迭代法的实现。同时，为了研究的直观性，本文还在三维建模软件Pro/E中建立了6-DOF并联机器人的初步三维模型然后导入机械系统仿真软件ADAMS中实现运动学正/反解仿真并导出与机械系统对应的控制系统模块。最后在Simulink中进行Simulink-ADAMS联合仿真对所搭建的正/反解算法模块的正确性进行直观验证并对正解算法进行性能评价。

本文还对高性能永磁同步电机控制系统进行了研究分析。此处重点研究适合6-DOF并联机器人的PMSM-SVPWM矢量控制系统，在Simulink中搭建对应闭环控制系统仿真模块，同时也在Simulink中搭建与PMSM-SPWM矢量控制系统对应的仿真模块，将其仿真结果与PMSM-SVPWM系统进行对比，直观的显示出PMSM-SVPWM矢量控制系统的优越性。

关键词：6-DOF并联机器人；运动学正/反解；Simulink-ADAMS联合仿真；PMSM-SVPWM矢量控制系统