内容概要：本文详细介绍了使用MATLAB对Gough-Stewart六自由度并联机器人进行逆运动学仿真和PID动力学控制的过程。首先，作者搭建了Simulink/Simscape仿真模型，模拟了机器人的机械结构和动力学特性。接着，通过输入位置和姿态，求解各杆的长度，实现了逆运动学仿真。最后，采用PID控制器进行动力学跟踪控制，优化了机器人的运动性能。整个过程展示了MATLAB在机器人仿真领域的强大功能，有助于理解和优化Gough-Stewart并联机器人的运动学和动力学特性。 适合人群：具备一定MATLAB基础和机器人技术知识的研究人员、工程师和技术爱好者。 使用场景及目标：适用于需要深入了解并联机器人运动学和动力学仿真的研究项目，旨在提升机器人控制精度和效率。 其他说明：文中还简要介绍了Gough-Stewart并联机器人的基本概念及其应用场景，强调了逆运动学和PID控制在机器人技术中的重要性。

本文讨论一种用于飞机自动制孔的并联末端执行器的设计，它是一种集成法向量检测、压紧力检测、法向量偏角微调与制孔进给、钻孔于一体的并联型3-RPS末端执行器。本文将从以下6个方面分别讨论其设计过程：1. 自动制孔机器人发展概况； 2. 自动制孔机器人总体方案的制定； 3. 自动制孔机器人运动学及动力学分析； 4. 自动制孔末端执行器设计； 5. 技术经济分析； 6. 电气系统设计。其中用到的主要工具有SolidWorks及其simulation组件 在本篇论文中，作者杨如鹏探讨了用于飞机自动制孔的并联末端执行器的设计，这是一种集成了法向量检测、压紧力检测、法向量偏角微调和制孔进给、钻孔功能的3-RPS并联机器人。以下是论文涉及的主要知识点： 1. **自动制孔机器人发展概况**： 在这一部分，作者可能会概述自动制孔技术的历史、当前状态以及发展趋势。讨论的内容可能包括自动化制孔的重要性，如何提高制孔精度和效率，以及在航空航天领域中的应用。 2. **自动制孔机器人总体方案的制定**： 这部分会介绍设计目标和设计原则，包括机器人结构的选择、工作范围、负载能力、运动精度等方面。还会涉及机器人系统的集成，如何确保机器人能适应飞机制造环境，并满足工艺要求。 3. **自动制孔机器人运动学及动力学分析**： 运动学研究机器人的运动方程和轨迹规划，动力学则关注机器人的受力情况和动力传递。这部分会利用数学模型分析3-RPS并联机器人的运动特性，可能涉及雅可比矩阵、达朗贝尔原理等，以确保机器人能精确控制制孔过程。 4. **自动制孔末端执行器设计**： 重点在于3-RPS结构的详细设计，包括每个旋转平台的布局、驱动方式、传感器集成（法向量检测和压紧力检测）以及如何实现法向量偏角微调。此外，可能还会讨论执行器的材料选择、结构强度和稳定性分析。 5. **技术经济分析**： 这里会评估设计方案的经济效益，包括成本估算、生产效率提升、维护成本、寿命预测等。通过对比不同的设计选项，选择最经济有效的实施方案。 6. **电气系统设计**： 电气系统是并联机器人的重要组成部分，涉及到电机控制、信号处理、数据传输等。作者可能详细描述了采用SolidWorks及其simulation组件进行的电路设计和仿真，以确保电气系统的稳定性和可靠性。 关键词：并联机器人、法向量检测、有限元分析和自动制孔，体现了论文的核心技术点。并联机器人因其高精度和快速响应的特点，在自动化制孔中具有优势；法向量检测是保证孔位精度的关键；有限元分析用于结构强度和动力学性能的评估；而自动制孔则强调整个系统的自动化程度和效率。 这篇论文详细阐述了一个用于飞机自动制孔的并联末端执行器的全方位设计过程，从理论分析到实际应用，展现了现代机器人技术在高端制造业中的应用和创新。

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并联机器人，英文名为Parallel Mechanism，简称PM，可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。 并联机器人的特点呈现为无累积误差，精度较高；驱动装置可置于定平台上或接近定平台的位置，这样运动部分重量轻，速度高，动态响应好。 ### 并联机器人运动控制详解 #### 一、并联机器人的概述 并联机器人（Parallel Mechanism，简称PM）是一种特殊的机器人结构形式，它的动平台（末端执行器）和定平台（基座）通过至少两个独立的运动链相连接。这种独特的结构使得并联机器人在多个自由度上进行并联驱动，形成了一个闭环机构。与传统的串联机器人相比，并联机器人具有以下显著特点： - **无累积误差**：由于采用多条运动链，能够有效避免因单个关节误差累积而造成的整体精度下降。 - **高精度**：并联驱动方式能够提高整体系统的定位精度。 - **轻质运动部分**：驱动装置通常置于定平台上或接近定平台位置，减少了动平台的重量，提高了速度和动态响应性能。 #### 二、并联机器人的运动学 并联机器人的运动学分析主要包括正向运动学和逆向运动学两大部分。 - **正向运动学**：给定各驱动器的输入值，计算出末端执行器在空间中的位姿。对于并联机器人来说，正向运动学问题往往比串联机器人复杂，因为它涉及到多个独立运动链的耦合关系。 - **逆向运动学**：根据所需的末端执行器位姿，反求各驱动器的输入值。并联机器人的逆向运动学通常比正向运动学容易解决，因为可以通过调整多个驱动器来达到目标位姿。 #### 三、并联机器人的动力学 并联机器人的动力学分析涉及对机器人在运动过程中的力、扭矩等力学参数的研究，主要关注以下几个方面： - **动力学建模**：建立准确的动力学模型对于设计控制器至关重要。并联机器人的动力学模型通常包含质量矩阵、阻尼矩阵、刚体效应项等。 - **动力学仿真**：利用建立的动力学模型进行仿真，评估不同工况下机器人的性能。 - **动力学控制**：设计合理的控制器来保证机器人在各种运动模式下的稳定性和准确性。 #### 四、并联机器人的动力学控制 并联机器人的动力学控制是确保其稳定运行的关键技术之一，主要包括： - **PID控制**：比例积分微分（Proportional Integral Derivative）控制是一种常见的控制方法，适用于处理简单的线性系统。 - **自适应控制**：对于非线性系统，自适应控制可以根据系统的实时变化调整控制参数，以保持系统的稳定性。 - **智能控制**：利用模糊逻辑、神经网络等智能算法，可以提高控制系统的灵活性和鲁棒性。 #### 五、并联机器人的应用与发展 并联机器人因其独特的结构和性能优势，在许多领域得到了广泛应用，如精密装配、食品加工、医疗手术等领域。随着技术的进步，并联机器人的应用范围还将不断扩大，未来的发展趋势包括： - **智能化**：结合人工智能技术，提高机器人的自主决策能力和环境适应性。 - **模块化**：通过标准化模块的设计，降低生产成本，提高定制化的灵活性。 - **轻量化**：利用新型材料和技术减轻机器人的自重，进一步提高其运动性能。 并联机器人作为一类具有高度灵活性和精准性的特殊机器人结构，已经在工业自动化、医疗健康等多个领域展现出巨大的潜力。随着相关技术的不断进步，并联机器人的应用前景将会更加广阔。

为使机器人具有良好的结构性能和工作性能,其结构系统必须具有良好的动力学特性.针对动力学特性问题,以ADAMS仿真软件为平台建立了简化的二自由度冗余驱动并联机器人模型,求出了运动学逆解,采用冗余驱动力控制电机的方法,完成了动力学仿真.结果表明该方法能减小驱动力变化范围和降低驱动力峰值,优化电机驱动力,提高并联机器人的驱动性能.研究所得的方法和结论具有较强的通用性,对相关冗余驱动并联机器人的动力学研究具有普遍的应用意义,同时为并联机器人的调试与控制提供了理论依据.

MATLAB运动学逆解

并联机器人资料。燕山大学 黄真教授PPT，pdf版。研究并联机器人方向必看

分析了一类新型三平移并联机器人机构，求得其正逆运动位置的解析解。较之已有的三平移并联机构，此类机构不仅位置分析解数低，求解容易，而且正解还具有一定解耦性。机构运动的解耦性与机构的拓扑结构、尺度型、主动副的选择等多种因素有关。本文研究的新机构采用特殊的几何配置极好地解决了并联机构多支路对称布置时不利于解耦、易多出非独立输出运动项的弊端。同时，发现C, P副的采用可降低运动求解特征数（方次），而将C副中的线性移动作为主动输入时其解耦程度优于将旋转运动作为主动输入。机构运动的解耦性为并联机器人的实时控制与规划提

并联机器人已被广泛应用于高速运动和高精度定位场合，其控制系统设计也需要根据高速或高精度的应用需要进行针对性设计，以更好发挥机器人的性能。本文基于dSPACE 的快速原型技术，设计并构建了平面3-RRR 并联机器人的控制系统。针对高速运动、精密定位两种使用目的，设计了三种Simulink 控制模型，解决了机器人在位置控制模式与力矩控制模式的驱动问题。试验中一方面完成了机器人的轨迹跟踪，另一方面测量了运动学标定前后定位误差分布，验证了该控制系统应用于高速、高精度控制的可行性。

介绍了平面五杆并联机器人控制系统设计，控制系统采用PC机为上位机、MC206X运动控制器为下位机的硬件结构和基于Windows操作系统的Motion Perfect2的软件系统．此控制系统由两个伺服电机驱动五杆机构，使平面五杆并联机器人具有更大的柔性和应用潜力．