3-PCR并联机器人的运动性能研究

论文摘要

并联机器人与串联机器人相比具有结构刚度大、承载能力强、运动精度高以及位置反解简单和力反馈控制方便等诸多优点。自1965年Stewart提出6自由度Stewart平台以来,以Stewart平台为代表的六自由度的并联机器人已得到了广泛的研究。但在某些场合,少自由度并联机器人由于其驱动件少、造价低、结构紧凑而具有较好的应用前景,其中三自由度并联机构运动学研究近年来取得一定成果。在少自由度并联机构的研究中,三维平移并联机构得到了广泛的重视。在查阅和分析国内外相关的研究文献资料的基础上,结合已有的并联机器人的研究理论与方法,本文对一种新型的由PCR支链组成的具有空间平移运动的三自由度并联机器人机构进行了运动性能研究。基于机器人机构的约束方程,求得该机构的位置反解；使用Bezout消元法得到该机构的位置正解的解析解,并通过实例验证了其正确性；建立了三个输出运动参数与三个输入运动参数之间的速度和加速度关系的数学模型,得到机构速度、加速度正反解；通过算例及仿真对所规划的运动轨迹进行验证。在运动学分析的基础上,基于3-PCR并联机器人的速度雅可比矩阵,定义速度、力方向可操作度及运动和力传递各向同性评价指标；以速度、力方向可操作度及运动和力传递各向同性为评价指标,度量机构在操作空间中运动和力的传递性能。应用拉格朗日—欧拉法对机构进行动力学建模,并通过动力学模型对3-PCR并联机器人的动力学特性进行分析。针对本课题,分析3-PCR并联机构的振动特性和减振效果。为实现多自由度减振,以3-PCR并联机构作为主体机构建立三自由度减振平台模型,并通过ADAMS软件验证系统的固有频率,研究3-PCR并联机构在多维减振平台中的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 并联机器人的研究背景
• 1.1.1 并联机器人的提出及特点
• 1.1.2 并联机器人的应用
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 并联机器人的研究现状
• 1.2.2 少自由度并联机器人的研究现状
• 1.2.3 3-PCR并联机器人的研究现状
• 1.3 本文的研究意义
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 课题的创新之处
• 1.6 本章小结
• 第二章 3-PCR并联机器人机构模型的建立及其自由度
• 2.1 空间机构的结构形式
• 2.2 计算机构自由度的KUTZBACH-GRUBLER公式
• 2.3 3-PCR并联机器人机构模型的建立及自由度分析
• 2.3.1 机构模型的建立
• 2.3.2 机构自由度的分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 3-PCR并联机器人的运动学分析
• 3.1 3-PCR并联机器人的位置正反解分析
• 3.1.1 运动约束方程的建立
• 3.1.2 位置反解分析
• 3.1.3 位置正解分析
• 3.2 3-PCR并联机器人的速度分析
• 3.3 3-PCR并联机器人的加速度分析
• 3.4 基于MATLAB的运动学仿真
• 3.4.1 逆运动学仿真
• 3.4.2 正运动学仿真
• 3.5 本章小结
• 第四章 3-PCR并联机器人运动和力传递性能的研究
• 4.1 运动和力传递性能指标
• 4.1.1 运动传递性能指标的建立
• 4.1.2 力传递性能指标的建立
• 4.2 运动和力传递性能的分析
• 4.2.1 速度和力方向可操作度分析
• 4.2.2 各向同性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 3-PCR并联机器人的动力学分析
• 5.1 拉格朗日—欧拉法
• 5.2 动力学方程的建立
• 5.2.1 系统的运动分析
• 5.2.2 系统动能和势能的计算
• 5.2.3 广义力的确定
• 5.2.4 动力学方程
• 5.2.5 动力学仿真
• 5.3 结构参数对驱动力的影响
• 5.3.1 杆件质量的影响
• 5.3.2 其他几何参数的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 基于ADAMS的3-PCR并联机器人运动仿真
• 6.1 ADAMS软件简介
• 6.1.1 ADAMS软件的基本模块
• 6.1.2 ADAMS-iew约束建模
• 6.1.3 ADAMS-iew添加驱动
• 6.1.4 仿真控制
• 6.2 3-PCR并联机器人的运动仿真
• 6.2.1 模型的建立和添加约束
• 6.2.2 添加驱动
• 6.2.3 正运动学仿真
• 6.2.4 逆运动学仿真
• 6.3 本章小结
• 第七章 3-PCR并联机构在多维减振中的应用
• 7.1 多维减振概述
• 7.2 减振平台的结构设计
• 7.3 减振平台的动力学模型
• 7.4 减振平台的模态分析
• 7.5 ADAMS仿真分析
• 7.6 本章小结
• 第八章 总结和展望
• 8.1 本文总结
• 8.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文