高速微型种子分选机并联机械手的建模与控制仿真的研究

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本文以种子分选机为研究背景,以二自由度并联机械手为研究对象,采用SolidWorks和MATLAB为研究工具,从机械手的运动学分析、尺度的综合优化、轨迹规划、三维建模、联合控制仿真等角度对机械手的机械设计与控制方法进行了深入的研究并全面采用无纸化的设计理念,对并联机构的设计方法的研究具有一定的参考意义。研究取得了以下成果:根据种子分选及需要的功能,结合并联机构的特点,选择了平面二自由度并联机构为种子分选机的执行机构,并简化了数学模型,对模型进行了运动学分析,并导出运动学正解、逆解、速度、加速度公式,为MATLAB仿真提供理论基础,并确定其最大工作空间与实际工作空间。深入研究了二自由度机械手的杆长优化方法,分析了并联机械手工作空间所对应的边界条件;采用了雅克比矩阵的条件数作为全域性能评价指标。对各个杆件运用了归一化处理的方法,进行优化分析,并提出了多个约束条件,并采用计算机优化的方法得出了相对最佳结果。深入研究了机械手执行末端的轨迹规划与控制方法,通过分析不同方式的加减速控制曲线,通过计算机仿真,来确定最合适的轨迹控制方法。对并联机械手的结构以及零部件进行了设计,并采用SolidWorks软件对并联机械手建立了实体模型包括模型的装配和干涉检查。以MATLAB软件为平台,通过SimMechanics Links插件将SolidWorks软件中建立的二自由度并联机械手的三维模型成功导入到SimMechanics仿真环境中,成功编写出MATLAB运动控制程序,实现了并联机械手的运动仿真,并根据仿真结果,利用MATLAB的图形显示功能对并联机械手的执行结构的轨迹进行了位移、速度和加速度的分析,并对机械手的各个关节进行了运动学和动力学分析,并通过运动学和动力学分析结果预估了伺服电机的参数。对受力较大的主动臂进行了有限元分析,进-步验证了机械手设计的合理性。本文对于二自由度并联机构的设计以及MATLAB仿真方面的研究具有一定的参考和借鉴价值。
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