空间六自由度位姿调整平台运动性能研究

发布时间：2017-07-25 21:38

  本文关键词：空间六自由度位姿调整平台运动性能研究

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【摘要】：基于光学模块的精密装校流程,为满足模块在精密装校过程中空间六自由度姿态调整,本文设计了一种用于装校的空间六自由度位姿调整平台。结合串、并联机器人的自身特点,提出了由两种少自由度并联机器人(3-SPS/PU水平调整机构与3-PPR平面调整机构)串联组成的混联式空间六自由度位姿调整平台。根据光学模块精密装校技术要求,在满足其功能要求的前提下,对空间六自由度位姿调整平台进行了运动性能的研究。主要内容如下:依据精密装校技术要求,分解出所需实现的六个位姿调整功能,提出了由水平调整机构与平面调整机构上下串联的机械结构,采用几何作图法直观地描述了各自的工作模式。利用螺旋理论分析计算其自由度,为运动学分析奠定基础。根据坐标变换理论,采用解析法对水平调整机构位置逆解进行求解,应用牛顿迭代法编程计算其位置正解,迭代运算结果的精度满足精密装校要求;针对结构较为特殊的平面调整机构,利用解析法分别求解其位置正、逆解。使用ADAMS进行运动学仿真分析,将仿真结果同MATLAB计算结果进行比对,以此验证运动学数学模型的正确性。对水平调整机构与平面调整机构工作空间的约束条件进行系统分析,采用数值积分法,编写MATLAB程序,绘制可达工作空间性能图谱。分析工作空间随位姿参数的变化规律,得到各自由度的运动极值;研究该机构结构参数对工作空间的影响规律,其结果对机械结构优化有一定参考价值。在已建立的水平调整机构与平面调整机构位置逆解数学模型的基础上,求解机构的雅克比矩阵。选择全域条件指标对机构整体灵巧度进行评价,绘制其性能图谱并分析机构灵巧度随机械结构参数的变化规律,为结构优化设计提供参考依据。
【关键词】：六自由度 位置正逆解 运动学仿真 工作空间 灵巧度
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-17
• 1.1 课题来源与背景8-9
• 1.2 并联机构国内外研究现状9-13
• 1.2.1 国外研究现状9-11
• 1.2.2 国内研究现状11-13
• 1.3 并联机构运动学研究现状13
• 1.4 并联机构工作空间研究现状13-14
• 1.5 并联机构灵巧度研究现状14-15
• 1.6 论文研究内容15-17
• 2 空间位姿调整平台结构与自由度分析17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 空间位姿调整平台功能分析17-18
• 2.3 空间位姿调整平台结构设计18-23
• 2.3.1 水平调整机构结构设计19-21
• 2.3.2 平面调整机构结构设计21-23
• 2.4 空间位姿调整平台自由度分析23-28
• 2.4.1 螺旋理论基础23-25
• 2.4.2 水平调整机构自由度分析25-27
• 2.4.3 平面调整机构自由度分析27-28
• 2.5 本章小节28-29
• 3 空间位姿调整平台运动学分析29-46
• 3.1 引言29
• 3.2 坐标变换基础29-33
• 3.2.1 刚体位姿的描述29
• 3.2.2 坐标变换29-33
• 3.3 水平调整机构运动学分析33-39
• 3.3.1 水平调整机构位置逆解33-35
• 3.3.2 水平调整机构位置正解35-37
• 3.3.3 水平调整机构运动学仿真37-39
• 3.4 平面调整机构运动学分析39-44
• 3.4.1 平面调整机构位置逆解39-41
• 3.4.2 平面调整机构位置正解41-42
• 3.4.3 平面调整机构运动学仿真42-44
• 3.5 本章小节44-46
• 4 空间位姿调整平台工作空间分析46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 工作空间分析基础46-48
• 4.2.1 工作空间的分类46-47
• 4.2.2 水平调整机构工作空间约束条件47
• 4.2.3 平面调整机构工作空间约束条件47-48
• 4.3 可达工作空间求解及分析48-53
• 4.3.1 水平调整机构可达工作空间求解及分析49-51
• 4.3.2 平面调整机构可达工作空间求解及分析51-53
• 4.4 机械结构尺寸对工作空间的影响53-57
• 4.4.1 水平调整机构机械结构尺寸对工作空间的影响53-55
• 4.4.2 平面调整机构机械结构尺寸对工作空间的影响55-57
• 4.5 本章小节57-59
• 5 空间位姿调整平台灵巧性分析59-67
• 5.1 引言59
• 5.2 雅克比矩阵的求解59-61
• 5.2.1 水平调整机构的雅克比矩阵59-60
• 5.2.2 平面调整机构的雅克比矩阵60-61
• 5.3 机构的灵巧度和各向同性度61-63
• 5.4 全域条件指标分析63-66
• 5.4.1 水平调整机构的全域条件指标分析63-64
• 5.4.2 平面调整机构的全域条件指标分析64-66
• 5.5 本章小节66-67
• 6 结论与展望67-69
• 6.1 结论67
• 6.2 展望67-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-72

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