两自由度冗余驱动并联机器人的误差分析与优化

论文摘要

冗余机构的引入有益于改善并联机构的刚度、定位精度、奇异性、避障性能、动力学性能和载荷的合理分布等。本文以一种七杆冗余驱动并联机器人为研究对象,对其运动学、精度、机构构型等几方面进行了分析。本文所完成的主要工作如下:1.对冗余并联机器人机构进行了运动学分析。在给定机构构件杆长、原动件角速度和角加速度的情况下,对机构输出端的几何位置、速度、加速度规律进行了仿真计算。2.考虑机构构件杆长误差和运动副间隙因素,分别建立了机构几何精度模型,获得了两种情况下机构输出端的误差分布规律。3.采用遗传算法,以获得最小机构输出端轨迹误差为优化目标,综合考虑了机构杆长误差与运动副间隙误差,实现了制造误差和装配误差的优化分配。4.利用开链机构的工作空间位置关系,基于机构的装配条件,对四杆机构、五杆机构和七杆机构构型问题进行了探索性研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 并联机器人研究现状
• 1.2.2 冗余机器人研究现状
• 1.3 研究内容及方法
• 1.4 小结
• 2 冗余驱动机器人运动学分析
• 2.1 位置分析
• 2.1.1 机器人模型的建立
• 2.1.2 自由度分析
• 2.1.3 位置正解分析
• 2.1.4 位置逆解分析
• 2.1.5 位置分析的数值验证
• 2.2 速度分析
• 2.3 加速度分析
• 2.4 仿真分析
• 2.4.1 正解仿真
• 2.4.2 逆解仿真
• 2.5 基于Matlab GUI的运动仿真平台设计
• 2.6 小结
• 3 冗余驱动机器人误差分析
• 3.1 概述
• 3.2 机构误差
• 3.2.1 机构误差的分类
• 3.2.2 原始误差独立作用原理与微分法
• 3.3 考虑杆长制造误差影响的精度分析
• 3.3.1 考虑杆长制造误差的输出点误差模型
• 3.3.2 杆长制造误差的误差传递系数
• 3.3.3 杆长制造误差
• 3.3.4 实例仿真分析
• 3.3.5 轨迹误差仿真
• 3.3.6 机构精度分配
• 3.4 考虑运动副间隙影响的误差分析
• 3.4.1 运动副间隙模型的建立
• 3.4.2 模型简化
• 3.4.3 间隙误差求解
• 3.4.4 误差计算
• 3.4.5 轨迹误差实例
• 3.5 小结
• 4 基于遗传算法的机器人误差优化分配
• 4.1 遗传算法的基本原理
• 4.2 优化过程
• 4.2.1 算法编程
• 4.2.2 优化目标
• 4.2.3 算例
• 4.3 小结
• 5 冗余驱动机器人构型分析
• 5.1 平面四杆机构构型分析
• 5.1.1 四杆机构两开链机构工作空间位置关系
• 5.1.2 四杆机构构型分析
• 5.2 五杆机构构型分析
• 5.3 七杆机构构型分析
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录