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并联机器人具有承载能力强,刚度大,误差小,精度高,自重负荷小,动力性能好,控制容易等一系列的优点,与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系,具有广阔的应用前景。并联机器人的运动学部分在并联机器人研究中占有重要作用,运动学正、反求解问题是运动学中的难点之一。本文以一种新型高速搬运的3-RRRT并联机器人为对象,对运动学建模及正、反求解算法进行了比较深入的研究。
用齐次坐标变换矩阵来描述各链中杆与杆之间的空间关系,在此基础上建立坐标系,从而建立3-RRRT并联器人的运动学数学模型。针对此运动学数学模型,提出了拟Newton法、基于Moore-Penrose广义逆的Newton迭代法、以及改进遗传算法等几种有效的正、反求解算法。其中,拟Newton法克服了Newton法需要求导、求逆的缺点,简化了计算过程,而且还能保证算法的超线性收敛速度。遗传算法具有强大的全局寻优特性,克服了常用的数值解法求解受初始值影响的缺点,而且采用实数编码、设计合理的适应度函数、改善遗传算子等手段改善计算复杂性、加快收敛速度,提高运动学求解精度。
最后进行仿真验证。利用MATLAB编写正、反求解程序进行仿真验证,并制作基于GUIDE仿真界面进行曲线的连续求解,仿真结果证明了该数学模型的正确性和算法的有效性、稳定性。利用Visual C++软件强大的类库支持和类改造能力、高效率的运行速度等优点,编制基于拟牛顿法的3-RRRT并联机器人运动学正、反求解程序以实现快速、精确的求解,并制作求解界面,实现了综合求解。