新型结构冗余并联机构的设计与分析

发布时间：2020-05-24 00:47

【摘要】：并联机构具有精度高、承载能力大、位置反解简单等优点,然而其亦具有自运动较难消除、容错性能较低、奇异位形较难规避等缺点。具有冗余结构的并联机构不仅可以保留并联机器人的优点,更能弥补并联机构的一些不足,可以达到消除自运动、规避奇异位形等目的。本文基于以上背景,提出了一类结构冗余并联机构的构型设计方案,并优选出其中的一个典型构型,对其进行了相应的理论分析和虚拟仿真,最后制作了面向任务的物理样机验证了其特性,为结构冗余并联机构的工程应用研究提供了一定的价值。(1)本文着重介绍了基于相对自由度计算公式和修正的G-K公式进行构型综合的设计理论,并通过该理论选定了机构的基本参数,得到了不同类别的运动副构件数目,将构件分配至各个运动支链,并配置支链与基座铰接的基本运动副,而后装配机构的运动支链,设计了不同类型的结构冗余并联机构构型。对设计出的部分结构冗余并联机构搭建了三维模型,分别简述了各部分结构的具体形式。以结构对称、容易加工、便于控制等设计依据,优选了其中的一种新型3-PRR(P-3RR)S并联机构作为研究对象,并命名为新型结构冗余并联机构。(2)对新型结构冗余并联机构进行了位置反解分析,基于运动学方程绘制了工作空间,而后进行了奇异性、灵巧性和刚度等研究,为后续优化奠定了一定的理论基础。(3)对新型结构冗余并联机构进行了尺寸优化,选取了一组最优解数据作为新型结构冗余并联机构样机制作的结构设计参数。再在ADAMS软件中进行了自由度仿真与验证,并利用MATLAB进行了理论计算,基于仿真与理论计算结果交互验证了运动学分析工作的正确性。(4)对样机机械本体进行了制作,搭建了合理的新型结构冗余并联机构样机控制系统,制定了控制方案,并进行了运动控制,结果表明机构在运行过程中平稳可靠。
【图文】：

并联机床,并联机器人

因此，并联机器人的出现给机器人的研宄和工程应用带来了蓬。逡逑联机构和串联机构相比，并联机器人具有以下潜在优点［２］：逡逑（１）并联机构的结构紧凑，机构整体的刚度大；逡逑（２）并联机构的驱动大部分在基座上，没有误差累积，动平台的精度高；（３）由于没有中间传动系统，所有部件只是简单地旋转或移动，，移动速都很低。由于作业终端的移动平台质量较小，并联机器人具有运动灵性好、移动速度快的特点；逡逑（４）由于操作终端所支持的负载由各支路共同分担，并联机器人的总承。逡逑于并联机器人具有以上优点，因此受到学术界和产业界的关注，其理用开发研宄是当今的一个热门课题。并联机构的应用范围非常广［３］，示的Ｄｅｌｔａ机构机械手，图１－２所示的３－ＰＲＳ主轴头并联机床，图１－３模拟器，图１－４所示的航天器对接口等。现在并联机器人的研宄吸引了科研人员，其应用范围也在不断的扩大［４］。逡逑

飞行模拟器

逑图１－３飞行模拟器逦图１－４航天器对接口逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｆｌｉｇｈｔ邋ｓｉｍｕｌａｔｏｒ逦Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ逡逑综上所述，研究结构冗余并联机器人的构型设计理论和机构性能分析，提出逡逑新型的结构冗余的并联机器人并对之进行理论设计研究，其研究成果具有重要的逡逑科学意义以及工程应用的价值。逡逑１．２研究现状逡逑１．２．１并联机器人理论分析研究现状逡逑并联机器人理论研宄内容丰富，包括构型设计、运动学分析、工作空间分析、逡逑奇异性分析以及尺寸优化等方面。逡逑近年来，国内外关于并联机器人构型综合方法方面，做了大量研宄。目前，逡逑机器人构型设计方法主要有李群理论和螺旋理论等［７］。李秦川等【８］利用李群理论列逡逑举了产生所需位移流形的运动支链，给出了结构条件，该条件保证了由支链产生逡逑的位移流形的交点是所要求的５自由度的位移流形，然后系统地提出了邋３Ｒ２Ｔ的５逡逑自由度并联机构的综合方法，其中Ｒ为转动自由度，Ｔ为平移自由度。随后，基逡逑于李群理论提出了非对称三自由度并联机构
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112

【参考文献】