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毕业设计 基于微分平坦性的2kπ杂耍，共32页，14204字。
摘要
本论文是设计2kπ杂耍机器人，该项目的主要目的是：为科研工作者、工程师、学生提供一种工具，使之能简单的用于运行和对比各种各样的控制途径，用于教育和科研用。由于2kπ机器人主要是应用于科研和教育方面，所以本课题有着广泛的实际意义和应用前景，2kπ机器也由于其在教育和科研上的作用，而受设计者和使用者的关注。
2kπ机器人主要由一个安装有一个摆臂的操作机组成，该机器人有5个自由度，其中在操作机上有3个自由度，而摆臂上有两个自由度，操作机上的3个自由度由电动马达驱动，而摆臂上没有专门的驱动装置。
设计过程中要设计一个控制程序来控制摆臂从低的平衡点到高的开环轨迹，使机器人在移动时摆臂能够更加稳定。程序设计包含：1.关于控制摆臂从低的平衡点到高的平衡点的开环轨迹，并且设计一个跟踪控制器，开拓平坦化性能。2实现控制器的实时控制。第一点要求像闭环一样处理好开环的奇异点问题。这个奇异点类似于一个非完整系统环绕一个平衡点的情况。这可运用类似的时标的方法加以解决。由于所需计算摆臂动力均为内力，依据伽利略定律运用矢量和几何作图法以保证计算前后结果不变。在系统的物理性质不变的前提下，使计算结果最小化。这使鲁棒控制方案本质上取决于两个参数（摆臂的等价长度和重力加速度）。由于时标使模型得以简化，从而不需要机器人的精确相关参数（几何结构中角度与笛卡尔坐标系间相互转换的相关参数除外。
在机器人的结构设计过程中，首先对2kπ机器人的结构进行研究，弄清各个自由度的结构和联系，然后，通过Pro/Engineer和Auto/CAD软件进行机器人的模型结构设计。先根据机器人的主体结构的要求，分析各个先关部件的结构和相应的参数，然后用Pro/Engineer软件画出各个部件，最后利用虚拟样机技术对机器人的运动学进行模拟仿真。仿真过程先用Pro/Engineer软件建立2kπ机器人的虚拟三维装配模型，然后利用Pro/Engineer软件自带的仿真功能，对机器人进行仿真，最后得出2kπ机器人摆臂末端的运动轨迹，完成机器人的相关结构设计。
关键词：2kπ杂耍，机器人，三维模型，仿真

目录
第一章 绪论…………………………………………………………......1
1.1引言 1
1.2 2kπ杂耍机器人的研究概况与发展情况 1
1.3本课题的研究的目的、意义和设计内容 2
1.3.1本课题的研究的目的 …2
1.3.2本课题的研究的意义 2
1.3.2本课题设计内容 3
第二章2kπ杂耍机器人的运动分析、建模及运动控制……………...4
2.1引言 4
2.2 2kπ杂耍机器人的运动分析…………………………………………………..5
2.2.1运动方程 5
2.2.2 2kπ机器人是平坦化的 6
2.3 2kπ杂耍机器人的建模………………………………………………………..7
2.4 2kπ杂耍机器人的运动控制………………………………………………….10
2.4.1时标的简化…………………………………………………………….10
2.4.2高级控制器…………………………………………………………….12
第三章2kπ杂耍机器人结构设计要点分析…………………………….13
3.1引言…………………………………………………………………………….13
3.2 2kπ杂耍机器人之设计与分析……………………………………………….13
3.2.1自由度分配分析…………………………………………………………………13
3.2.2工作范围分析…………………………………………………………………….13
3.2.3机器人总体结构设计分析……………………………………………………..14
第四章2kπ杂耍机器人的结构设计…………………………………....15
4.1引言…………………………………………………………………………….15
4.2摆臂结构的设计……………………………………………………………….15
4.3摆臂与前臂的连接设计……………………………………………………….16
4.4轴承的选择…………………………………………………………………….17
4.5驱动方案及电机的选择……………………………………………………….19
4.6操纵器的结构设计……………………………………………………………. 21
4.7 2kπ杂耍机器人运动仿真……………………………………………………..22
4.7.1 2kπ杂耍机器人虚拟装配……………………………………………….22
4.7.2 2kπ杂耍机器人机构运动仿真………………………………………….23
第五章 结束语……………………………………………………….........26
参考文献