七自由度全方位无奇异仿人机械臂的机构研究
发布时间：2021-01-16 23:16
全方位腕是一类转动并联机构,具有刚度高,运动范围大,工作空间内无奇异的优点,因此本文选取它作为研究对象,研究它的机构原理、演化方法和相关特性,并将它应用到仿人机械臂中。本文的主要内容主要分为四个部分:第一部分,全方位腕的机构原理和演化方法的研究;第二部分,全方位关节（满足全方位腕四条特征的机构统称为全方位关节）的运动学研究;第三部分,全方位关节的刚度研究;第四部分,仿人机械臂的设计与运动学分析。具体研究内容如下:首先,归纳全方位腕的特征并分析它们的机构原理,依据这类机构的机构原理以及基于约束空间分解的方法演化出了24种机构,包括12种新机构（新构型（6种）、运动副的布置形式与之前不同（6种））,针对某些串联三杆支链在运动过程中无法保持对称性的问题,提出了平面约束法。其次,分析全方位关节的一般化运动学关系,包括位姿变换关系、正逆运动学、雅克比矩阵。得到这类关节具有机构的运动输出与输入成两倍的关系以及机构的瞬心在对称面上的规律。之后,从全方位关节中选取四种构型简单的机构,对其进行受力分析,变形分析,基于能量法和虚功原理得到了这四种机构的静刚度模型,并用Workbench进行仿真验证,仿真结...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全方
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-[17]，具体结构见图1-2。哈工大赵凯[18]以及邵建国[19]分别于2007年和2008年提出了新的方法来解决Omni-Wrist的运动耦合干涉问题，并在上述基础下进一步研究出新的PYR关节。a)PYRⅠ型结构[14]434b)PYRⅡ型结构[17]107图1-2PYR关节Omni-WristⅢ的研究相对较晚，大约从2005年开始才出现相关研究成果。2005年，J.SOFKA基于DH法和GA算法研究了Omni-WristⅢ型的运动学关系，并基于动力学模型给出了一套控制方法[20]。国内北京航空航天大学的众多学者深入研究了这种机构，并得到了较多的成果，2011年，东晰基于机构的几何特性分析了Omni-WristⅢ的正逆运动学关系，并分析了该机构的自由度、奇异性、刚度等特性[21,22]；2013年，陈斌基于拉格朗日法研究了这种机构的动力学特性[23]；2014年，旷静在东晰的基础上，研究了n-4R机构的奇异性，并对并联转台进行了误差分析[24]。2014年，北航的吴钪博士2014年指出数学意义上的零扭转[25,26]即为物理意义上的纯滚机构，并指出Omni-WristⅢ、Omni-WristⅤ、Omni-WristⅥ都具有纯滚动特性和恒等速特性[27,28]，因此将这三种机构称为二自由度等径球面纯滚动并联机构，并提出了基于对称支链的等腰三角形的型综合方法，演化出12种机构[29,30]。当前，虽然众多学者已经对全方位腕进行了研究，但是有些结论只是主观性的说明，缺乏客观的证明，并且，全方位腕仍有许多方面未被研究。1.3并联机构静刚度的国内外研究现状静刚度是并联机构的一项重要指标，因为它能够在一定程度上反映一个机构的精度。同时，机构的静刚度不仅与机构所采用的材料有关，而且还与机构构型、机构中支链连杆的尺寸、横截面形状、机构中所采用的运动副等众多因素相关。因此，研究并联机构的静刚度是?
基于PYR
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国工业机器人发展现状的调查分析[J]. 李芳芳,孙乾. 机械传动. 2019(06)
[2]智能机器人研究现状及发展趋势的思考与建议[J]. 陶永,王田苗,刘辉,江山. 高技术通讯. 2019(02)
[3]新型PRRR+PURU+S球面并联人形机器人踝关节机构静刚度性能分析[J]. 周玉林,杨龙,肖超. 中国机械工程. 2018(05)
[4]破局七轴工业机器人发展[J]. 卢月品,张含阳. 机器人产业. 2016(02)
[5]3SPS-1S并联机构的仿人机械臂系统设计[J]. 胡磊,胡宁,王立权,李长胜,李阳,孙贝,谢峰,于慧勇. 哈尔滨工程大学学报. 2015(11)
[6]基于MATLAB的串并混联7-DOF仿人机械臂正运动学分析及仿真[J]. 刘晶晶,彭俊泉,刘新华. 机械传动. 2015(07)
[7]考虑杆件空间复合弹性变形的过约束并联机构受力分析方法[J]. 许允斗,姚建涛,金林茹,赵永生. 机械工程学报. 2015(07)
[8]基于RR&PRR机构的混联机械臂设计及其运动学分析[J]. 黄世亮,曲云霞,管啸天,范顺成. 河北工业大学学报. 2013(05)
[9]一种2-DOF类球面并联转台的动力学建模及分析[J]. 陈斌,宗光华,于靖军,东昕. 机械工程学报. 2013(13)
[10]基于人体关节的七自由度仿人手臂设计与分析[J]. 戚开诚,高峰,张建军,刘伟. 组合机床与自动化加工技术. 2012(12)
博士论文
[1]基于几何代数和应变能的并联机构静刚度建模与优化[D]. 杨超.浙江理工大学 2019
[2]仿人机器人肩肘腕关节及臂的设计[D]. 张亮.燕山大学 2016
硕士论文
[1]基于并联全方位关节的多冗余度机械臂设计与研究[D]. 邵建国.哈尔滨工业大学 2008
[2]多冗余度机械臂机构设计及仿生运动研究[D]. 赵凯.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2981724
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全方
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-[17]，具体结构见图1-2。哈工大赵凯[18]以及邵建国[19]分别于2007年和2008年提出了新的方法来解决Omni-Wrist的运动耦合干涉问题，并在上述基础下进一步研究出新的PYR关节。a)PYRⅠ型结构[14]434b)PYRⅡ型结构[17]107图1-2PYR关节Omni-WristⅢ的研究相对较晚，大约从2005年开始才出现相关研究成果。2005年，J.SOFKA基于DH法和GA算法研究了Omni-WristⅢ型的运动学关系，并基于动力学模型给出了一套控制方法[20]。国内北京航空航天大学的众多学者深入研究了这种机构，并得到了较多的成果，2011年，东晰基于机构的几何特性分析了Omni-WristⅢ的正逆运动学关系，并分析了该机构的自由度、奇异性、刚度等特性[21,22]；2013年，陈斌基于拉格朗日法研究了这种机构的动力学特性[23]；2014年，旷静在东晰的基础上，研究了n-4R机构的奇异性，并对并联转台进行了误差分析[24]。2014年，北航的吴钪博士2014年指出数学意义上的零扭转[25,26]即为物理意义上的纯滚机构，并指出Omni-WristⅢ、Omni-WristⅤ、Omni-WristⅥ都具有纯滚动特性和恒等速特性[27,28]，因此将这三种机构称为二自由度等径球面纯滚动并联机构，并提出了基于对称支链的等腰三角形的型综合方法，演化出12种机构[29,30]。当前，虽然众多学者已经对全方位腕进行了研究，但是有些结论只是主观性的说明，缺乏客观的证明，并且，全方位腕仍有许多方面未被研究。1.3并联机构静刚度的国内外研究现状静刚度是并联机构的一项重要指标，因为它能够在一定程度上反映一个机构的精度。同时，机构的静刚度不仅与机构所采用的材料有关，而且还与机构构型、机构中支链连杆的尺寸、横截面形状、机构中所采用的运动副等众多因素相关。因此，研究并联机构的静刚度是?
基于PYR
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国工业机器人发展现状的调查分析[J]. 李芳芳,孙乾. 机械传动. 2019(06)
[2]智能机器人研究现状及发展趋势的思考与建议[J]. 陶永,王田苗,刘辉,江山. 高技术通讯. 2019(02)
[3]新型PRRR+PURU+S球面并联人形机器人踝关节机构静刚度性能分析[J]. 周玉林,杨龙,肖超. 中国机械工程. 2018(05)
[4]破局七轴工业机器人发展[J]. 卢月品,张含阳. 机器人产业. 2016(02)
[5]3SPS-1S并联机构的仿人机械臂系统设计[J]. 胡磊,胡宁,王立权,李长胜,李阳,孙贝,谢峰,于慧勇. 哈尔滨工程大学学报. 2015(11)
[6]基于MATLAB的串并混联7-DOF仿人机械臂正运动学分析及仿真[J]. 刘晶晶,彭俊泉,刘新华. 机械传动. 2015(07)
[7]考虑杆件空间复合弹性变形的过约束并联机构受力分析方法[J]. 许允斗,姚建涛,金林茹,赵永生. 机械工程学报. 2015(07)
[8]基于RR&PRR机构的混联机械臂设计及其运动学分析[J]. 黄世亮,曲云霞,管啸天,范顺成. 河北工业大学学报. 2013(05)
[9]一种2-DOF类球面并联转台的动力学建模及分析[J]. 陈斌,宗光华,于靖军,东昕. 机械工程学报. 2013(13)
[10]基于人体关节的七自由度仿人手臂设计与分析[J]. 戚开诚,高峰,张建军,刘伟. 组合机床与自动化加工技术. 2012(12)
博士论文
[1]基于几何代数和应变能的并联机构静刚度建模与优化[D]. 杨超.浙江理工大学 2019
[2]仿人机器人肩肘腕关节及臂的设计[D]. 张亮.燕山大学 2016
硕士论文
[1]基于并联全方位关节的多冗余度机械臂设计与研究[D]. 邵建国.哈尔滨工业大学 2008
[2]多冗余度机械臂机构设计及仿生运动研究[D]. 赵凯.哈尔滨工业大学 2007
本文编号：2981724
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