XY-3-RPS混联机器人设计和运动学仿真

发布时间：2021-10-23 16:39

　　为实现人工骨关节表面抛光的自动化,课题组充分利用串并联机构之间的机构特性优势互补的特点,设计了一种XY-3-RPS混联人工骨关节抛光机器人,该混联机器人具有5个自由度。笔者搜索了并联机构和混联机构的工作空间;对比分析了基于正逆运动学的支链位置变化曲线;在并联机构欧拉角表示法及运动学理论的基础上建立了混联机构运动学数学模型,并利用MATLAB及ADAMS进行仿真验证。结果表明机构正逆运动学曲线吻合,运动稳定。该混联机构完全满足抛光人工骨关节表面的运动及工作范围要求。 

【文章来源】：轻工机械. 2020,38(06)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

混联机构结构简图

混联机构的工作空间定义与并联机构相同，以XY-3-RPS混联射流抛光运动平台为例，指在混联平台正常工作时，动平台上的射流抛光喷孔中心所能到达的所有点的集合。其类型可分为3大类:可达工作空间、灵活工作空间和全局工作空间[9-10]。其中可达工作空间是衡量混联机构运动性能的常用标准。在混联机构数学模型基础上，采用MATLAB软件编写for循环与if语句嵌套的工作空间求解代码，采用极限边界搜索法搜索并绘制3-RPS并联机构与XY-3-RPS混联机构的所有有效点的三维模拟图。从图2可以看出，该并联机构工作空间具有中间宽，两头窄的特点，α，β最大转角均为45°，可见并联机构工作空间受支链长度与关节转角限制的影响，因此应将动平台工作高度尽量控制在150～200 mm以充分利用混联机器人的工作空间。图3表示混联机构的可达工作空间，其中包括了在可达行程内的任一X,Y坐标下的并联部分的位姿工作空间，很明显在添加串联平台后，该机构的工作空间大大增加，完全满足0～200 mm内人工关节的表面包括股骨托在内的抛光工作要求，大大提高了并联机构在复杂曲面抛光领域的实用价值。

从图2可以看出，该并联机构工作空间具有中间宽，两头窄的特点，α，β最大转角均为45°，可见并联机构工作空间受支链长度与关节转角限制的影响，因此应将动平台工作高度尽量控制在150～200 mm以充分利用混联机器人的工作空间。图3表示混联机构的可达工作空间，其中包括了在可达行程内的任一X,Y坐标下的并联部分的位姿工作空间，很明显在添加串联平台后，该机构的工作空间大大增加，完全满足0～200 mm内人工关节的表面包括股骨托在内的抛光工作要求，大大提高了并联机构在复杂曲面抛光领域的实用价值。3 基于ADAMS的正逆运动学仿真

【参考文献】：
期刊论文
[1]球面三自由度并联机构瞬时运动分析[J]. 史革盟.  机电工程. 2019(01)
[2]基于L-M算法的正交Stewart平台位姿正解的初值补偿[J]. 王启明,苏建,张兰,陈秋雨,徐观.  吉林大学学报(工学版). 2017(01)
[3]一种五自由度混联机器人运动学分析[J]. 高云峰,吕明睿,周伦,李瑞峰.  哈尔滨工业大学学报. 2014(07)
[4]多喷枪协同式喷涂五轴混联机器人设计[J]. 李菊,赵德安,沈惠平,邓嘉鸣,蒋益兴,徐伟.  农业机械学报. 2012(04)
[5]3自由度并联机器人的运动学与动力学分析[J]. 刘善增,余跃庆,佀国宁,杨建新,苏丽颖.  机械工程学报. 2009(08)
[6]3自由度并联机器人的研究现状和应用前景[J]. 刘锋,陈文凯.  企业技术开发. 2006(01)
[7]并联机器人及其机构学理论[J]. 黄真.  燕山大学学报. 1998(01)

硕士论文
[1]3-RPS并联机床运动学分析[D]. 尹红梅.东北大学 2013



本文编号：3453527