考虑运动副间隙的平面和空间并联机构误差分析研究

发布时间：2020-06-11 11:24

【摘要】：由于构件摩擦磨损、加工精度、装配误差的影响,机构中不可避免的存在运动副间隙,使机构的运动精度产生极大影响,产生随机的不确定性输出误差。论文基于间隙等效连杆的分析方法,使由运动副间隙引起的不确定性输出误差可以进行定性分析并加以定量计算;因此针对高等复杂机构中普遍存在的运动副间隙现象,本文从典型的平面和空间并联机构入手,对考虑运动副间隙的并联机构输出误差进行深入研究。论文做了以下工作:1)结合等效连杆建模思想,将运动副间隙简化为虚拟连杆,建立平面并联机构的运动学误差模型。基于N-bar旋转定理和关节旋转空间(JRS),将平面并联机构的输出误差问题转化为连杆机构的可动性分析问题。2)对平面单闭环并联机构的输出误差进行研究,以2-dof五杆并联机构为对象,利用所建立的运动学误差模型,深入研究运动副间隙影响下的输出误差,并绘出了精确误差范围;针对平面多自由度多闭环并联机构,基于全微分机构误差分析理论,引入二级杆组特性,提出运用模块化的方法研究机构的输出误差,实现数学计算用于连杆机构的拓扑识别,推导出正向求解末端位移和逆向求解角度偏差的表达式。辅以平面2-dof七杆并联机构分解计算实例,验证了所提方法的有效性。3)针对平面3-dof对称并联机构,以连杆机构的旋转性极限特征为基础,从众多导致误差的因素中分离出了运动副间隙一项,实现所有平面3-RRR机构处于极限位置误差构型;基于带移动副的平面多杆机构运动准则,统一移动副和旋转副两种误差模型,研究带移动副的拓扑构型,绘出了机构最大误差范围分布。4)结合虚位移原理,对考虑运动副间隙影响下空间并联机构的误差问题进行研究,得出输出姿态误差函数;针对空间旋转副,球面高副的不同接触类型,建立运动学误差模型,利用所得误差函数分别求解三种运动副的输出误差最值,通过三自由度Delta机构实例,得出了相应的误差区域边界值结果。论文对于指导并联机构创新设计,合理选择机构的运动副间隙值,使误差区域在安全可控的误差范围之内具有一定的工程实际意义,为后续提出减小误差的方法和设计补偿提供一定理论基础。
【图文】：

并联机器人,运动副

工作精度成为衡量一个机器人研发成功与否的重要标志，很多的应用车间也高精密的机器人。尤其是在一些需要精密操作的行业，例如，在医疗领域，沿学科研究机构开始用精密并联机器人代替人来进行手术操作，电子集成加业也需要高精密的分拣机器人来完成绝大部分的工作，所以机械结构的设计开始向着高精密，高可靠性的方向发展与研究，机器人面对日益复杂的工作与环境，，功能更加复杂，任务更加多样化。提高机器人的操作精度在当下的发展过程中显得尤为重要，在实际的机器人机械结构当中，机械系统通过机实现系统的运动要求和力学传递等，而机构中的构件是通过运动副铰链连接常机构越复杂、功能越强大、构件越多，需要采用的运动副也越多。由于并构的结构特性，杆件和运动副铰链在加工和装配过程中不可避免的存在间隙长等误差，运动输出误差存在多样性和不确定性，相应的运动精度具有随机性[1以研究和分析平面并联机构和空间并联机器人的误差显得尤为重要。

铰链,间隙,间隙量,装配间隙

间隙量变得更大，同时产生过大的噪音，降低机械效率[9]。在实际的并联机构中，动副间隙来源主要有三处，其一是要保证正常运动所必需设计的，加工形成的则装配间隙[10-11]，其二是运动副构件加工、制造和装配过程中，必然会存在一的误差，其三是机构长期处于工作状态下，不断正常运动，构件摩擦与磨损而起的运动副间隙[12-13]，如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH112

【参考文献】