一种冗余并联机构的性能分析与尺寸综合优化
发布时间：2021-08-09 17:37
并联机构是组成并联机器人系统的核心构件。串、并联机构在刚度、精度以及运动能力方面形成优势互补,由于目前串联机构的发展迅猛,为共同壮大工业机器人的发展,故有必要设计研究出综合性能更好的并联机构。汽车工业的不断发展要求汽车零件间的安装精确性与可靠性,运动能力强、承载力高且精度高的并联机构可很好地胜任这一工作。本文以一种8-SPU的冗余并联机构为研究对象,分析其运动学性能、承载性能以及精度性能,从这三个方面进行综合尺寸优化,同时优化了驱动力,设计了具备最优综合性能的可用于汽车构件间焊接的并联机构。其主要内容如下:a)机构的运动学分析。介绍机构的组成并进行了自由度计算,解释了机构的冗余性。建立机构定、动坐标系,求出机构的杆长反解、速度反解以及加速度反解模型。用MATLAB对运动模型进行了数值仿真,由运动变化曲线得到了机构的运动学规律。用点搜索法求得机构的工作空间,得出了相关机构参数对工作空间体积的影响并使用粒子群优化算法优化了工作空间的比体积。b)机构的静刚度分析。使用虚功原理建立机构的全静刚度矩阵。分别求出机构的静刚度在三个移动和旋转方向的投影,求得在有无驱动力两种情况下的刚度映射图谱,得出...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
首个并联机构设计图
3Gough-Stewart机构的诸多论文都是在其基础上进行的机构改进研究。1962年，Gough的研究成果还未公开发表，美国的Cappel教授发现目前所用的振动台承载能力太小而独立设计出了与Gough结构一样的用于飞行模拟器的机构。五年后Cappel为其设计的飞行模拟器申请了专利并完成实体制造[5]。图1-2六自由度振动台图1-3飞行模拟并联机器人1965年，英国的PIME杂志发表了一篇Stewart教授的关于6自由度并联机构的极具影响力的论文[6]，论文一经发表便引起许多并联机构研究人员的深刻关注。紧接着Gough也发表了关于他此前研究的并联机构的相关内容，现在对关于这个机构的研究仍在继续。尽管Gough和Stewart两人提出的机构并不一样，但是在学术界习惯用“Stewart平台”来称呼由Gough所设计出的平台，这得益于Stewart教授在并联机构学领域内的诸多成果和深远影响。在今天的许多机构学的书中[7]，“Stewart平台”也被统称为“Gough-Stewart平台”。典型的Stewart平台CATIA模型如下图1-4所示。图1-4Stewart平台的CATIA模型Stewart平台问世后，以Stewart平台为基础的各类机器人的研究慢慢被拉开帷幕。瑞典新兴公司Neosrobots研制的在汽车、航天等领域大放异彩的Tricept全系列机床是对并联机构与串联机构进行混合形成的混联机构[8]，如图1-5所示，它可实现全时五轴联动，并且其精度也极高，在当时影响极大。1988年，Clavel创造性地研发出了一种DELTA并联机器人[9]，如图1-6所示它的末端执行器有
3Gough-Stewart机构的诸多论文都是在其基础上进行的机构改进研究。1962年，Gough的研究成果还未公开发表，美国的Cappel教授发现目前所用的振动台承载能力太小而独立设计出了与Gough结构一样的用于飞行模拟器的机构。五年后Cappel为其设计的飞行模拟器申请了专利并完成实体制造[5]。图1-2六自由度振动台图1-3飞行模拟并联机器人1965年，英国的PIME杂志发表了一篇Stewart教授的关于6自由度并联机构的极具影响力的论文[6]，论文一经发表便引起许多并联机构研究人员的深刻关注。紧接着Gough也发表了关于他此前研究的并联机构的相关内容，现在对关于这个机构的研究仍在继续。尽管Gough和Stewart两人提出的机构并不一样，但是在学术界习惯用“Stewart平台”来称呼由Gough所设计出的平台，这得益于Stewart教授在并联机构学领域内的诸多成果和深远影响。在今天的许多机构学的书中[7]，“Stewart平台”也被统称为“Gough-Stewart平台”。典型的Stewart平台CATIA模型如下图1-4所示。图1-4Stewart平台的CATIA模型Stewart平台问世后，以Stewart平台为基础的各类机器人的研究慢慢被拉开帷幕。瑞典新兴公司Neosrobots研制的在汽车、航天等领域大放异彩的Tricept全系列机床是对并联机构与串联机构进行混合形成的混联机构[8]，如图1-5所示，它可实现全时五轴联动，并且其精度也极高，在当时影响极大。1988年，Clavel创造性地研发出了一种DELTA并联机器人[9]，如图1-6所示它的末端执行器有
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种等效8-SPU移动机器人工作空间分析[J]. 李清蕾,闫志喜,万小金. 机械科学与技术. 2017(07)
[2]4-UPS-UPU并联坐标测量机的灵巧度研究[J]. 陈修龙,高庆,赵永生. 计算机集成制造系统. 2012(06)
[3]Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析[J]. 王英波,黄其涛,郑书涛,韩俊伟,许宏光. 哈尔滨工程大学学报. 2012(01)
[4]一种三自由度并联机构刚度分析及仿真[J]. 刘玲玲,赵新华,李彬. 天津理工大学学报. 2011(04)
[5]Impulsive dynamics and stabilization of a single wheel robot[J]. Ou Yongsheng1, 2 ,Wu Xinyu1, 2,Xu Yangsheng1, 2 (1. Department of Mechanical and Automation Engineering,The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China; 2. Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences,Shenzhen, Guangdong 518055, China). Engineering Sciences. 2011(01)
[6]基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析[J]. 王卫忠,赵杰,高永生,蔡鹤皋. 机械工程学报. 2008(11)
[7]一种两自由度球面解耦并联机构位姿误差分析[J]. 曲云霞,杨少辉,秦玉霞,李为民,范顺成. 机械设计. 2008(08)
[8]平面柔性并联机器人动力学建模[J]. 杜兆才,余跃庆,张绪平. 机械工程学报. 2007(09)
[9]基于牛顿—欧拉方法的6-PUS并联机构刚体动力学模型[J]. 孔令富,张世辉,肖文辉,李成元,黄真. 机器人. 2004(05)
[10]5-UPS/PRPU 5自由度并联机床运动学分析[J]. 赵永生,郑魁敬,李秦川,田小静. 机械工程学报. 2004(02)
博士论文
[1]并联机构若干基本问题的研究[D]. 程世利.南京航空航天大学 2011
[2]Stewart平台的运动学与逆动力学的基础研究[D]. 吴培栋.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]基于粒子群算法的并联机器人位姿误差建模与补偿方法研究[D]. 李冰冰.东北大学 2014
[2]基于Stewart平台机构的智能弯管机的优化设计与运动控制[D]. 吴秀林.西南交通大学 2008
[3]Stewart机构的误差建模与参数标定方法研究[D]. 李凌云.燕山大学 2006
[4]6-SPS并联机器人运动学及工作空间的仿真研究[D]. 杨宏兵.合肥工业大学 2004
本文编号：3332505
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
首个并联机构设计图
3Gough-Stewart机构的诸多论文都是在其基础上进行的机构改进研究。1962年，Gough的研究成果还未公开发表，美国的Cappel教授发现目前所用的振动台承载能力太小而独立设计出了与Gough结构一样的用于飞行模拟器的机构。五年后Cappel为其设计的飞行模拟器申请了专利并完成实体制造[5]。图1-2六自由度振动台图1-3飞行模拟并联机器人1965年，英国的PIME杂志发表了一篇Stewart教授的关于6自由度并联机构的极具影响力的论文[6]，论文一经发表便引起许多并联机构研究人员的深刻关注。紧接着Gough也发表了关于他此前研究的并联机构的相关内容，现在对关于这个机构的研究仍在继续。尽管Gough和Stewart两人提出的机构并不一样，但是在学术界习惯用“Stewart平台”来称呼由Gough所设计出的平台，这得益于Stewart教授在并联机构学领域内的诸多成果和深远影响。在今天的许多机构学的书中[7]，“Stewart平台”也被统称为“Gough-Stewart平台”。典型的Stewart平台CATIA模型如下图1-4所示。图1-4Stewart平台的CATIA模型Stewart平台问世后，以Stewart平台为基础的各类机器人的研究慢慢被拉开帷幕。瑞典新兴公司Neosrobots研制的在汽车、航天等领域大放异彩的Tricept全系列机床是对并联机构与串联机构进行混合形成的混联机构[8]，如图1-5所示，它可实现全时五轴联动，并且其精度也极高，在当时影响极大。1988年，Clavel创造性地研发出了一种DELTA并联机器人[9]，如图1-6所示它的末端执行器有
3Gough-Stewart机构的诸多论文都是在其基础上进行的机构改进研究。1962年，Gough的研究成果还未公开发表，美国的Cappel教授发现目前所用的振动台承载能力太小而独立设计出了与Gough结构一样的用于飞行模拟器的机构。五年后Cappel为其设计的飞行模拟器申请了专利并完成实体制造[5]。图1-2六自由度振动台图1-3飞行模拟并联机器人1965年，英国的PIME杂志发表了一篇Stewart教授的关于6自由度并联机构的极具影响力的论文[6]，论文一经发表便引起许多并联机构研究人员的深刻关注。紧接着Gough也发表了关于他此前研究的并联机构的相关内容，现在对关于这个机构的研究仍在继续。尽管Gough和Stewart两人提出的机构并不一样，但是在学术界习惯用“Stewart平台”来称呼由Gough所设计出的平台，这得益于Stewart教授在并联机构学领域内的诸多成果和深远影响。在今天的许多机构学的书中[7]，“Stewart平台”也被统称为“Gough-Stewart平台”。典型的Stewart平台CATIA模型如下图1-4所示。图1-4Stewart平台的CATIA模型Stewart平台问世后，以Stewart平台为基础的各类机器人的研究慢慢被拉开帷幕。瑞典新兴公司Neosrobots研制的在汽车、航天等领域大放异彩的Tricept全系列机床是对并联机构与串联机构进行混合形成的混联机构[8]，如图1-5所示，它可实现全时五轴联动，并且其精度也极高，在当时影响极大。1988年，Clavel创造性地研发出了一种DELTA并联机器人[9]，如图1-6所示它的末端执行器有
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种等效8-SPU移动机器人工作空间分析[J]. 李清蕾,闫志喜,万小金. 机械科学与技术. 2017(07)
[2]4-UPS-UPU并联坐标测量机的灵巧度研究[J]. 陈修龙,高庆,赵永生. 计算机集成制造系统. 2012(06)
[3]Simulink和SimMechanics环境下并联机器人动力学建模与分析[J]. 王英波,黄其涛,郑书涛,韩俊伟,许宏光. 哈尔滨工程大学学报. 2012(01)
[4]一种三自由度并联机构刚度分析及仿真[J]. 刘玲玲,赵新华,李彬. 天津理工大学学报. 2011(04)
[5]Impulsive dynamics and stabilization of a single wheel robot[J]. Ou Yongsheng1, 2 ,Wu Xinyu1, 2,Xu Yangsheng1, 2 (1. Department of Mechanical and Automation Engineering,The Chinese University of Hong Kong, Hong Kong, China; 2. Shenzhen Institutes of Advanced Technology, Chinese Academy of Sciences,Shenzhen, Guangdong 518055, China). Engineering Sciences. 2011(01)
[6]基于螺旋理论的可重构机器人动力学分析[J]. 王卫忠,赵杰,高永生,蔡鹤皋. 机械工程学报. 2008(11)
[7]一种两自由度球面解耦并联机构位姿误差分析[J]. 曲云霞,杨少辉,秦玉霞,李为民,范顺成. 机械设计. 2008(08)
[8]平面柔性并联机器人动力学建模[J]. 杜兆才,余跃庆,张绪平. 机械工程学报. 2007(09)
[9]基于牛顿—欧拉方法的6-PUS并联机构刚体动力学模型[J]. 孔令富,张世辉,肖文辉,李成元,黄真. 机器人. 2004(05)
[10]5-UPS/PRPU 5自由度并联机床运动学分析[J]. 赵永生,郑魁敬,李秦川,田小静. 机械工程学报. 2004(02)
博士论文
[1]并联机构若干基本问题的研究[D]. 程世利.南京航空航天大学 2011
[2]Stewart平台的运动学与逆动力学的基础研究[D]. 吴培栋.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]基于粒子群算法的并联机器人位姿误差建模与补偿方法研究[D]. 李冰冰.东北大学 2014
[2]基于Stewart平台机构的智能弯管机的优化设计与运动控制[D]. 吴秀林.西南交通大学 2008
[3]Stewart机构的误差建模与参数标定方法研究[D]. 李凌云.燕山大学 2006
[4]6-SPS并联机器人运动学及工作空间的仿真研究[D]. 杨宏兵.合肥工业大学 2004
本文编号：3332505
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