并联调姿机构运动学、动力学分析及虚拟样机技术研究

发布时间：2020-04-10 18:15

【摘要】：随着现代制造技术的发展，自动化技术已经应用到各种复杂的装配领域，，逐步降低了对人工技能和经验的依赖程度，提高了生产效率和装配质量。中国工程物理研究院的“特殊装配装置研究项目”就是解决薄壁异型零件的自动装配问题。由于装配时零件的姿态误差较大，在主轴和末端执行器之间需要设计一个手腕来精密调节零件的姿态，并要求调整机构性能可靠、承载力大、体积小。本文作为项目中的一项重要内容，采用三自由度并联机构实现调姿功能。并联调姿机构存在支撑约束和运动闭环，是复杂的多刚体系统，本文主要研究调姿机构的结构设计与优化，并对之进行运动学分析及仿真、动力学分析及仿真，并建立了并联调姿机构虚拟样机。首先，论文系统总结了国内外并联机器人特别是并联手腕机构的发展和研究现状，对用于并联调姿机构仿真的虚拟样机技术的研究方法进行了探讨。第二，对特种装配装置的整体结构和调姿机构要求做了详细分析，设计了具有被动链的三自由度并联调姿机构。第三，在对尺蠖机构仿生研究的基础上，设计了并联调姿机构尺蠖支链结构，研究了压电微位移驱动器的结构性能，分析了其动态响应及相位滞后等影响因素。第四，应用并联机构理论对三自由度并联调姿机构进行了分析，建立了相应的运动学方程，获得了一阶影响系数和二阶影响系数；结合拉格朗日方法和并联理论建立了完整的三自由度并联调姿机构的动力学方程，并对分析结果通过仿真进行了验证。最后，本文对基于“虚拟样机”的仿真技术进行了深入的探讨，将基于“虚拟样机”的仿真技术应用于并联调姿机构的方案设计中。借助“虚拟样机”技术，在并联调姿机构设计的初期阶段仿真真实环境中并联调姿机构的动力学行为，在第一台并联凋姿机构原理样机研制之前对设计方案进行了优化。
【图文】：

微动机器人,哈工大,6自由度

国内外已研制了许多各式各样的并联型调姿机构，它们机构各异，用途不一。下面介绍几种比较有代表性的并联调姿机构。由于并联机器人定位精度高，目前已广泛应用于精确定位的场合。图1.1是哈尔滨工业大学机器人研究所研制的压电陶瓷驱动六自由度并联微动机器人，该机器人具有体积小、刚度大、频响高等优点，利用压电陶瓷作为直线输入的执行元件，实现了机构、驱动、检测一体化的设计，系统达到了纳米级的定位精度〔‘41。图1.2为德国PhysikInstrument公司的M一850六轴精密定位系统。该机构可以实现6自由度运动，垂直方向负载达到20OKg，任意方向负载达到50Kg，6轴方向重复性精度士2协耐’5]。图1.1哈工大6自由度并联微动机器人F19.1.16一DOFmieroParallelrobotofHIT图1.2Fig.1.2M一850六轴精密

精密定位系统,微动机器人

业大学机器人研究所研制的压电陶瓷驱动六自由度并联微动机器人，该机器人具有体积小、刚度大、频响高等优点，利用压电陶瓷作为直线输入的执行元件，实现了机构、驱动、检测一体化的设计，系统达到了纳米级的定位精度〔‘41。图1.2为德国PhysikInstrument公司的M一850六轴精密定位系统。该机构可以实现6自由度运动，垂直方向负载达到20OKg，任意方向负载达到50Kg，6轴方向重复性精度士2协耐’5]。图1.1哈工大6自由度并联微动机器人F19.1.16一DOFmieroParallelrobotofHIT图1.2Fig.1.2M一850六轴精密定位系统M一8506一axisaeeuratePositioningsystem
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TH112

【引证文献】