一类含三转动四支链并联机构的设计与分析

发布时间：2020-05-10 12:31

【摘要】：随着社会和科技不断的发展,并联机器人在工业领域得到了广泛应用,在我国经济发展中发挥的作用也越来越大。但并联机器人存在工作空间小、灵巧度低、控制复杂等缺点,而且并联机器人的位置正解一直以来都是一个难题。这些不足将制约了并联机器人的应用范围。本文提出了一种新的并联机构设计思路,并基于GF集理论得到了一类含三转动四支链并联机构构型的设计方法。描述动平台位姿时,需要同时确定该平台的位置和姿态,此类并联机构的设计思路是:机构由动平台、静平台和四条支链组成;其中一条支链具有串联机构的特征,该支链末端为球面副,确定该支链所有运动副后,除末端的球面副外每个运动副均添加驱动,支链各个驱动确定时,动平台的位置即可确定;另外三条支链既有三维移动特征,又有三维转动特征,而且每条支链仅含一个驱动,这三条支链驱动确定时,动平台姿态即可确定。通过这四条支链组合成的并联机构既有刚度大、承载能力强等优点,又有控制容易的优点,同时位置分析的正反解都很容易,解决了这类并联机构位置正解难的问题,可为以后运动学分析提供便捷,具有较高的研究价值。本文还对RRPS/3SPS并联机构进行了理论分析。主要工作包括机构的自由度计算、位置分析、受力分析、误差分析和误差补偿。首先,在结合机构结构特点的同时,通过螺旋理论对RRPS/3SPS并联机构进行自由度计算,再利用解析几何法对机构进行了位置分析。其次,对RRPS/3SPS并联机构进行静力学和动态特性分析。由于SPS支链局部自由度的影响,建立静力学平衡方程时出现了超静定问题,无法求解该方程组,本文运用局部转换坐标法,将超静定方程组转化为静定方程组,进而求得各个运动副的受力情况。通过动态特性分析得到了机构的固有频率和振型图,分析了结构设计中的薄弱环节为机构的优化设计和控制提供依据。第三,在考虑杆长误差和运动副间隙的情况下,结合受力分析,确定了运动副接触点,利用矢量法建立了的误差模型。最后,对机构进行误差补偿,其中姿态补偿一共采用了两种方法。第一种方法计算简单,实时性好,但补偿效果不理想;第二种方法计算过程复杂,实时性较差,但该方法补偿效果非常好。此外本文还利用RRPS/3SPS并联机构设计了新型烹饪并联机器人,为烹饪工艺的自动化、标准化提供了理论依据。
【图文】：

并联机构,机构学,机构

目均不得少于二。十九世纪４０年代，，Ｐｏｌｌａｒｄ首次设计出一种空间并联机构，并逡逑在汽车喷漆上得以应用。到了六十年代初，ＧｏＵｇｈ设计了一种应用最广泛的６－ＳＰＳ逡逑并联机构（如图１－２所示），之后Ｓｔｅｗａｒｔ对此机构进行了一系列理论分析与研宄，逡逑并将并将该机构应用在了飞行模拟器上（如图１－３所示），后来人们将这个机构命逡逑名为Ｓｔｅｗａｒｔ机构ｍ（如图１－４所示）。１９７８年，机构学专家Ｈｕｎｔ教授提出将并联逡逑机构应用在机器人上［２］，在上世纪九十年代末，Ｐｈａｍ等机构学专家，发明了一逡逑款并联机器人，并应用于装配生产线上［３］，并联机构成为机构学中的研究热点？６］。逡逑２逡逑

一类含三转动四支链并联机构的设计与分析

‘SPS并
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112

【相似文献】