3-DOF平动正交并联机器人的性能分析与研究

论文摘要

在对国内外并联机器人研究现状分析的基础上,本文对基于Delta并联机构提出的一种3-DOF平动正交并联机器人进行了性能分析。该并联机器人具有装配简单和初始位姿检测方便的特点。介绍3-DOF平动正交并联机器人的结构特点,求得其位置反解,基于位置反解方程和结构约束条件研究该并联机器人工作空间,得到其工作空间的三维立体图和截面图;与Delta并联机器人进行了工作空间的对比分析。推导出3-DOF平动正交并联机器人的速度雅克比矩阵,定义两种性能评价指标,并绘制它们在工作空间内的分布图。求解Delta并联机器人的雅克比矩阵,对这两种并联机器人的性能评价指标进行对比分析。根据线性叠加原理建立3-DOF平动正交并联机器人的误差模型,定义三种误差评价指标,并绘制它们在工作空间内的分布图,利用蒙特卡洛方法对该并联机器人动平台的误差进行了分析。求解3-DOF平动正交并联机器人的动能和势能,然后运用拉格朗日法建立该并联机器人的动力学方程模型。借助三维绘图软件SolidWorks建立3-DOF平动正交并联机器人的三维实体模型,并将其导入到仿真软件ADAMS中,对3-DOF平动正交并联机器人进行运动学仿真和动力学仿真分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 并联机器人的研究现状
• 1.3 并联机器人的应用
• 1.4 少自由度并联机器人的研究现状
• 1.5 课题主要研究意义和研究内容
• 第2章 3-DOF 平动正交并联机器人的运动学分析
• 2.1 概述
• 2.2 3-DOF 平动正交并联机器人的机构描述
• 2.2.1 结构布局
• 2.2.2 机构特点
• 2.3 机器人的位置分析
• 2.3.1 坐标系的建立
• 2.3.2 位置反解
• 2.4 工作空间的分析
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 工作空间的分析
• 2.4.3 工作空间的确定
• 2.5 与Delta 并联机器人的工作空间的对比研究
• 2.5.1 Delta 并联机器人的位置反解
• 2.5.2 工作空间的对比
• 2.6 本章小结
• 第3章 3-DOF 平动正交并联机器人的性能分析
• 3.1 概述
• 3.2 速度雅克比矩阵的求解
• 3.3 运动学传递各向同性性能评价指标
• 3.4 力传递性能评价指标
• 3.4.1 力雅克比矩阵的计算
• 3.4.2 力学传递性能评价指标
• 3.5 与Delta 并联机器人的性能对比
• 3.5.1 Delta 并联机器人的雅克比矩阵求解
• 3.5.2 对比速度传递性能评价指标
• 3.5.3 对比力学传递性能评价指标
• 3.6 本章小结
• 第4章 3-DOF 平动正交并联机器人的精度分析
• 4.1 概述
• 4.2 误差模型的建立
• 4.2.1 理想状态的模型建立
• 4.2.2 考虑铰链间隙的误差模型
• 4.3 误差的评价指标
• 4.4 基于蒙特卡洛方法的误差分析
• 4.4.1 制造误差随机量抽样
• 4.4.2 球铰链间隙的随机量抽样
• 4.4.3 误差的蒙特卡洛模拟
• 4.5 本章小结
• 第5章 3-DOF 平动正交并联机器人的动力学建模
• 5.1 概述
• 5.2 非保守系统的拉格朗日方程
• 5.3 动力学计算
• 5.3.1 动平台的动力学计算
• 5.3.2 驱动杆的动力学计算
• 5.3.3 平行四边形支链的动力学计算
• 5.4 系统广义力的选取
• 5.5 并联机器人的动力学方程
• 5.6 本章小结
• 第6章 虚拟样机的建模及其仿真
• 6.1 概述
• 6.2 虚拟样机的几何建模
• 6.2.1 SolidWorks 中并联机器人模型的建立与简化
• 6.2.2 ADAMS 仿真模型数据转换及模型建立
• 6.3 并联机器人的仿真分析
• 6.3.1 运动轨迹规划
• 6.3.2 运动学仿真
• 6.3.3 动力学仿真
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介