并联步行加工机器人的运动学方案设计

发布时间：2017-04-25 14:16

  本文关键词：并联步行加工机器人的运动学方案设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在应对大工作空间的机器人加工领域,实现稳定可靠的加工一直是一个研究的难点,本文提出一种新型的6自由度8-UPS并联步行加工机器人(加工模式相当于传统的并联机构,步行模式相当于4足步行机器人),在加工模式下主要从运动学正解和反解、工作空间、动平台轨迹规划、奇异分析、机构性能分析等几个方面进行了运动学分析;在步行模式下主要对该机构的构型设计、步态规划、步行模式的运动学分析展开研究。首先,建立了8-UPS并联机器人模型的机构简图,确定了机构坐标系;对该机构的运动学性质进行了研究,得到加工模式下正解模型;并对加工模式下的机器人进行轨迹规划,求得姿态变换函数,规划后的关节轨迹可通过机构的正解转化为笛卡尔空间的轨迹;给出了8-UPS并联机构工作空间的计算搜索方法,并绘制了该机构的工作空间,研究了杆长和动静平台比值对工作空间的影响,得出杆长对动平台最大偏转角有一定影响;基于速度雅克比矩阵研究了该机构加工模式下的运动学奇异位形,分析了奇异与工作空间的关系。然后,建立了8-UPS并联机器人加工模式下的逆运动学模型,得到了各杆长的函数表达式;基于本机构加工模式下的工作空间,提出了机器人结构设计的思路,运用全性能指标的研究方法对机器人的主要机构参数进行了设计,得到了主要结构参数;基于MATLAB对加工模式下机器人进行逆运动学仿真,建立Simulink模型,得到机器人驱动杆长和驱动速度变化曲线;基于SolidWorks建立8-UPS实体模型,利用Motion模块,按指定的运动轨迹进行运动学仿真;对8-UPS并联机器人加工状态下的铰链和杆件进行干涉检查,提出了干涉检查的流程。最后,对步行模式下的8-UPS机器人进行了构型设计和步态规划,确保机器人在步行阶段的稳定性;对步行模式下的机器人进行了运动学分析,求得机器人重构阶段载荷平台的关键位姿求解模型,得到载荷平台位姿的约束条件,同时对步行模式下机器人关节角和载荷平台进行了运动学求解,得到机器人步行模式下步行较稳定。
【关键词】：大工作空间 并联机构 步行 运动学求解 仿真
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 论文选题的背景和意义11-12
• 1.2 移动并联机器人的国内外的研究状况12-19
• 1.2.1 移动并联机构的研究现状12-14
• 1.2.2 移动机械手的研究现状14-19
• 1.3 本课题的主要研究内容19-21
• 第二章 8-UPS并联机器人加工模式下的正运动学建模及求解21-49
• 2.1 引言21
• 2.2 8-UPS并联机器人构型设计21-25
• 2.3 8-UPS并联机器人加工模式下的自由度计算25-26
• 2.4 8-UPS并联机器人加工模式下动平台位姿数值求解26-33
• 2.4.1 加工模式下机器人正运动学模型及求解算法26-30
• 2.4.2 加工模式下机器人正解算例30-33
• 2.5 8-UPS并联机器人加工模式下工作空间求解33-42
• 2.5.1 8-UPS并联机器人工作空间的分析33
• 2.5.2 8-UPS并联机器人工作空间求解方法及流程33-36
• 2.5.3 8-UPS工作空间算例36-40
• 2.5.4 结构参数对工作空间的影响40-42
• 2.6 8-UPS并联机器人加工模式下奇异性分析42-45
• 2.6.1 奇异位形研究方法42
• 2.6.2 速度雅可比矩阵42-45
• 2.7 8-UPS并联机器人加工模式动平台参考点的轨迹规划45-48
• 2.7.1 并联机器人轨迹规划方法的比较45-46
• 2.7.2 驱动姿态法规划 8-UPS并联机器人动平台参考点的轨迹46-48
• 2.8 本章小结48-49
• 第三章 8-UPS并联机器人加工模式下的逆运动学建模及求解49-73
• 3.1 引言49
• 3.2 8-UPS并联机器人加工模式下的逆运动学建模49-53
• 3.3 基于MATLAB的加工模式下的逆运动学数值求解53-56
• 3.3.1 并联机器人仿真的意义53
• 3.3.2 MATLAB仿真软件简介53-54
• 3.3.3 运动学反解算例54-56
• 3.4 基于SOLIDWORKS的加工模式下的建模及逆运动学数值求解56-61
• 3.4.1 Solid Works设计环境56-57
• 3.4.2 利用SolidWorks建立 8-UPS并联机器人实体模型57-58
• 3.4.3 8-UPS并联机器人运动仿真58-61
• 3.5 8-UPS并联机器人加工模式下的干涉检查61-66
• 3.5.1 干涉分析61
• 3.5.2 空间驱动杆的干涉计算61-64
• 3.5.3 铰链的干涉计算64-66
• 3.6 基于实际工作空间的 8-UPS并联机器人机构性能分析66-72
• 3.6.1 设计思路66-67
• 3.6.2 结构参数的确定67-72
• 3.7 本章小结72-73
• 第四章 8-UPS并联机器人步行模式下的运动仿真73-86
• 4.1 前言73
• 4.2 8-UPS并联机器人步行模式下的构型设计及步态规划73-78
• 4.2.1 步行模式下的构型设计73-75
• 4.2.2 步态规划75-77
• 4.2.3 步行模式下的自由度计算77-78
• 4.3 8-UPS并联机器人步行模式下的运动学分析78-81
• 4.3.1 机器人重构阶段载荷平台关键位姿求解模型78-79
• 4.3.2 机器人步行模式下运动学求解模型79-81
• 4.4 8-UPS并联机器人步行模式下的运动学参数仿真81-85
• 4.4.1 两种不同的步态模式的运动空间81-82
• 4.4.2 步行模式下仿真82-85
• 4.5 本章小结85-86
• 第五章 总结与展望86-88
• 5.1 本文主要工作及结论86-87
• 5.2 展望87-88
• 参考文献88-92
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果92-93
• 致谢93-94

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