6-PUS/UPS并联机器人结构设计及理论分析

论文摘要

河北强势学科项目机电一体化多功能测控试验平台以并联机构、数控系统、伺服装置、检测装置等机电一体化部件为主进行开发。它将为数控加工、三坐标测量、视觉测量、力控制研究、冗余控制研究等方面提供一个高效而可靠的平台。因此对其展开研究,具有重要的理论和实际意义。本文针对机电一体化多功能测控试验平台的机械主体并联结构进行了结构设计及相关理论分析。介绍了这种新型并联机器人6-PUS/UPS的组成及其特点,对该机构进行了运动学分析,建立了并联机构的位置反解公式及速度和力雅可比矩阵。依据并联机器人性能指标最终确定样机的结构参数,采用可视化的三维设计与分析软件,对并联机器人进行了详细设计与分析优化,并以此为依据,加工制造出了样机。综合考虑影响工作空间的因素,应用MATLAB软件,利用数值方法,求得6-PUS/UPS并联机器人灵活工作空间。分析机构奇异位形,得出工作空间内无奇异。采用运动学方程取微分建立了并联机器人的误差模型。利用蒙特卡洛技术模拟分析了驱动副输入误差和铰链间隙对终端平台误差的影响,得出在工作空间范围内精度比较高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 并联机器人的应用
• 1.3 并联机器人的研究现状
• 1.4 论文选题的意义
• 1.5 论文研究的主要内容
• 第2章 并联机器人构型确定及运动学分析
• 2.1 引言
• 2.2 并联机器人构型设计
• 2.2.1 构型设计基本思想
• 2.2.2 并联机器人机构选型
• 2.2.3 并联机器人描述
• 2.3 6-PUS 分支位置反解分析
• 2.4 6-PUS 分支速度分析
• 2.4.1 速度雅可比矩阵
• 2.4.2 力雅可比矩阵
• 2.4.3 验证雅可比矩阵
• 2.5 本章小结
• 第3章 并联机器人样机结构设计
• 3.1 设计思路
• 3.2 重要参数的确定
• 3.2.1 工作空间
• 3.2.2 全条件性能指标
• 3.3 重要零部件的设计
• 3.3.1 球铰和虎克铰
• 3.3.2 直线运动单元
• 3.3.3 中间分支设计
• 3.4 重要零件的校核
• 3.4.1 底座
• 3.4.2 机架顶
• 3.4.3 联接件
• 3.5 并联机器人整体模型及样机
• 3.6 本章小结
• 第4章 并联机器人工作空间分析
• 4.1 引言
• 4.2 影响工作空间的因素
• 4.2.1 极限杆长约束
• 4.2.2 铰链摆角约束
• 4.2.3 杆件之间干涉约束
• 4.3 灵活倾斜角
• 4.4 工作空间三维表达法
• 4.5 工作空间搜索实现
• 4.5.1 球坐标搜索法
• 4.5.2 搜索流程
• 4.5.3 6-PUS/UPS 并联机器人工作空间
• 4.6 奇异分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 并联机器人精度分析
• 5.1 引言
• 5.2 误差建模方法综述
• 5.3 误差模型的建立
• 5.4 基于蒙特卡洛方法的误差分析
• 5.4.1 驱动副输入误差随机量抽样
• 5.4.2 铰链间隙误差随机量抽样
• 5.5 精度分布情况
• 5.6 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介