三电机驱动的六自由度混联机械臂设计与分析

发布时间：2024-12-01 05:55

　　少电机驱动的多自由度机械臂主要应用于航天领域。本文提出了一种少电机驱动的机械臂,该机械臂采用三部电机驱动,通过离合制动器,齿轮与同步齿形带等传动机构,实现机械臂末端的六自由度运动,具有电器元件数量少,电气系统可靠性高的特点。设计了3-1-2布局的六自由度混联机械臂构型,该机械臂肩关节采用三自由度正交并联机构,肘关节采用单自由度转动机构,腕关节采用两自由度正交并联机构,每个关节由一部电机驱动,从控制方式与机械臂自重两个方面论证了少电机驱动方案的可行性;分析了机构位置正反解,利用空间边界点搜索法求得了机械臂工作空间,绘制了工作空间三维边界图,将工作空间体积作为评价指标,采用单一变量分析法分析了肩关节与腕关节的基本结构参数对评价指标的影响,给出了一组合理的设计参数,利用ProE设计了虚拟样机;推导了整机速度雅克比矩阵与力雅克比矩阵,分析了肩关节与腕关节的速度、力传递性能的分布情况;利用拉格朗日法求出了动力学方程的显示表达式。利用ADAMS软件进行了动力学仿真,验证了动力学模型的正确性;分析了机械臂运动特点,考虑路径长度,耗时、能耗与冲击性多种因素,建立了路径综合评价指标;利用添加约束的人工势场...

【文章页数】：94 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 概述
    1.2 课题来源及背景
    1.3 国内外研究动态
        1.3.1 国外研究动态
        1.3.2 国内研究动态
    1.4 本文主要研究内容
第2章 三电机驱动的六自由度混联机械臂的构型设计
    2.1 机械臂的设计要求
    2.2 机械臂的构型设计
    2.3 少电机驱动方案的可行性分析
    2.4 本章小结
第3章 机械臂的工作空间分析与样机模型设计
    3.1 机械臂的位置正反解分析
        3.1.1 肩关节正反解分析
        3.1.2 腕关节正反解分析
        3.1.3 整机正反解分析
        3.1.4 正反解算例
    3.2 机械臂的工作空间分析
        3.2.1 肩关节工作空间分析
        3.2.2 腕关节工作空间分析
        3.2.3 整机工作空间分析
    3.3 三电机驱动的六自由度混联机械臂的样机设计
    3.4 本章小结
第4章 机械臂的运动学与动力学分析及仿真
    4.1 机械臂运动学性能分析
        4.1.1 机械臂的速度雅克比
        4.1.2 机械臂的运动学仿真
        4.1.3 速度传递性能分析
    4.2 机械臂力学性能分析
        4.2.1 力传递性能分析
        4.2.2 机械臂动力学分析
        4.2.3 机械臂动力学仿真
    4.3 本章小结
第5章 少电机驱动的多自由度机械臂的轨迹规划
    5.1 机械臂运动路径的规划
    5.2 机械臂末端速度规划
    5.3 路径优选的方法
        5.3.1 路径性能评价指标分析
        5.3.2 路径优选的算例分析
    5.4 机械臂避障规划
        5.4.1 障碍物的数学建模
        5.4.2 碰撞检测方程的建立
        5.4.3 添加约束的人工势场法分析
    5.5 本章小结
结论
参考文献
致谢



本文编号：4013642