二滑块并联机构的设计理论及应用研究

论文摘要

本文以两种新型二滑块平面并联机器人机构为研究对象,对该两种机器人机构的结构特性、运动学、运动误差、工作空间、奇异性、动力学特性、刚度特性等进行了系统分析和研究,并研究了该两种机构的应用问题。首先,对该两种机构的结构组成及结构特性进行了分析,得出该两种机构均有结构简单、工作空间大等特点,为该两种机器人样机的研制奠定了良好的基础；其次,运用矢量分析法建立了两种并联机构的运动学正、逆解模型,得到两种机构较为完善的输入—输出关系,运用Matlab计算软件和Solidworks中COSMOSMotion模块对得到的输入—输出关系的正确性进行了验算,并得到了末端执行器沿椭圆轨迹运动时二滑块的位移、速度、加速度规律和二连杆的角度,角速度、角加速度规律,机构的运动学逆解模型为该两种机器人的控制提供了理论依据；然后,建立了该两种机构的误差模型,分析了杆长误差及运动副间隙对该两种机构运动误差的影响,并用实例验证；接着,用作图法和解析法分析了该两种机构的可达工作空间,得到了该两种机构可达工作空间的解析式,并通过求解雅可比矩阵,对该两种机构三种类型的奇异位形进行了分析,为机构轨迹规划提供了参考依据；再次,运用拉格朗日法建立了该两种机构的动力学模型,得到该两种机构二滑块的驱动力解析式,并用Matlab计算软件仿真得到该两种机构末端执行器沿椭圆轨迹运动时二滑块的驱动力变化规律；最后,在Solidworks中建立该两种机构的三维模型,基于ANSYS对该两种机构的刚度特性进行了分析,以其作为样机研制的参考依据,并研制了实验样机,对其工业应用进行了研究。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 二滑块平面并联机器人的研究现状
• 1.2 二滑块平面并联机器人的特点及应用
• 1.3 课题来源及研究意义
• 2 二滑块平面并联机器人机构设计及结构分析
• 2.1 概述
• 2.2 二滑块平面并联机器人机构设计及结构分析
• 2.2.1 操作点在导轨一侧的机构（简记：Ⅰ型（?））
• 2.2.2 操作点在导轨之间的机构（简记：Ⅱ型=）
• 2.3 本章小结
• 3 二滑块平面并联机器人机构运动学分析
• 3.1 概述
• 3.2 Ⅰ型（?）机构运动学分析
• 3.2.1 Ⅰ型（?）机构正运动学分析
• 3.2.2 Ⅰ型（?）机构逆运动学分析
• 3.2.3 Ⅰ型（?）机构运动学实例计算和验证
• 3.3 Ⅱ型=机构运动学分析
• 3.3.1 Ⅱ型=机构正运动学分析
• 3.3.2 Ⅱ型=机构逆运动学分析
• 3.3.3 Ⅱ型=机构运动学实例计算和验证
• 3.4 本章小结
• 4 二滑块平面并联机器人机构误差分析
• 4.1 概述
• 4.2 Ⅰ型（?）机构误差分析
• 4.2.1 Ⅰ型（?）机构误差模型建立
• 4.2.2 Ⅰ型（?）机构误差实例计算及验证
• 4.3 Ⅱ型=机构误差分析
• 4.3.1 Ⅱ型=机构误差模型建立
• 4.3.2 Ⅱ型=机构误差实例计算和验证
• 4.4 本章小结
• 5 二滑块平面并联机器人机构工作空间及奇异性分析
• 5.1 概述
• 5.2 Ⅰ型（?）机构工作空间分析
• 5.3 Ⅰ型（?）机构奇异性分析
• 5.4 Ⅱ型=机构工作空间分析
• 5.5 Ⅱ型=机构奇异性分析
• 5.6 本章小结
• 6 二滑块平面并联机器人机构动力学分析
• 6.1 概述
• 6.2 动力学模型建立
• 6.3 Ⅰ型（?）机构动力学分析
• 6.4 Ⅰ型（?）机构动力学仿真
• 6.5 Ⅱ型=机构动力学分析
• 6.6 Ⅱ型=机构动力学仿真
• 6.7 本章小结
• 7 二滑块平面并联机器人机构刚度分析
• 7.1 概述
• 7.2 二滑块平面并联机器人机构静刚度分析
• 7.2.1 静刚度理论模型建立
• 7.2.2 Ⅰ型（?）机构静刚度分析
• 7.2.3 Ⅱ型=机构静刚度分析
• 7.3 二滑块平面并联机器人机构动刚度分析
• 7.3.1 动刚度理论模型建立
• 7.3.2 Ⅰ型（?）机构动刚度分析
• 7.3.3 Ⅱ型=机构动刚度分析
• 7.4 本章小结
• 8 二滑块平面并联机构在五轴混联喷涂机器人上的应用
• 8.1 Ⅰ代五轴混联喷涂机器人的结构组成及工作原理
• 8.2 Ⅰ代喷涂机器人样机出现的问题及其解决措施
• 8.3 Ⅱ代五轴混联喷涂机器人的结构组成及工作原理
• 8.4 本章小结
• 9 总结与展望
• 9.1 本文的主要工作及创新
• 9.2 本课题值得进一步研究的工作及展望
• 参考文献
• 攻读学位期间研究成果
• 致谢