新型4自由度并联机器人运动特性研究

论文摘要

少自由度并联机器人相对6自由度并联机构来说,由于其驱动器、构件减少,控制简单方便,易制造,成本低等优点成为近年来机器人研究中一个热点,有着较为广阔的应用前景。而相对2,3自由度并联机构,4,5自由度并联机器人由于其结构复杂,仍处于起步阶段,特别是对称4,5自由度并联机构,由于其具有各向同性,有着较高的研究价值及应用潜力。本文对一种新型对称4自由度3-RRUR并联机器人进行运动特性研究和仿真分析。首先,在分析机构模型的基础上建立约束方程,基于螺旋理论计算机构自由度,进行输入合理性判别。根据约束方程运用解析法分析机构的位置正、反解,给出数值算例并绘制出相应的位置正、反解曲线。基于所建机构模型,考虑各杆与基平台的干涉情况,提出搜索3-RRUR并联机器人工作空间的五个条件,给出杆与基平台不干涉条件下搜索工作空间的流程图,并运用反解搜索法搜索该机构在五个条件下的可达工作空间,绘制其相应的截面图和三维图,为适应工程应用提出通达工作空间的概念,分析并验证此机构工作空间的通达性。运用虚拟机构法建立3-RRUR并联机器人的一阶、二阶影响系数矩阵,进行速度、加速度正、反解分析,研究机构动平台在匀速、匀加速运动的情况下,驱动副输入速度、加速度的变化规律,分别给出该机构的速度正、反解和加速度正、反解数学算例,绘制了相应的速度、加速度正、反解曲线,给机构实际应用的可行性分析提供了理论依据。最后,以动态仿真软件为平台对4自由度并联机构进行了运动学仿真。本论文的工作为更好地研究3-RRUR并联机器人的实用性能奠定一定的基础,为其应用的可行性提供一些理论上的支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1 章 绪论
• 1.1 并联机器人概述
• 1.1.1 并联机器人起源
• 1.1.2 并联机器人现状及应用
• 1.2 少自由度并联机器人研究现状及研究展望
• 1.2.1 少自由度并联机器人国内外研究现状
• 1.2.2 少自由度并联机器人研究展望
• 1.3 论文选题意义及研究内容
• 1.3.1 论文选题意义
• 1.3.2 论文的主要内容
• 第2 章 4 自由度3-RRUR 并联机器人结构分析
• 2.1 引言
• 2.2 4 自由度3-RRUR 并联机器人模型建立
• 2.2.1 机构模型的建立
• 2.2.2 数学模型的建立
• 2.2.3 约束方程的建立
• 2.3 自由度计算及输入选择
• 2.3.1 自由度计算
• 2.3.2 输入的合理性判别
• 2.4 本章小结
• 第3 章 4 自由度3-RRUR 并联机器人的位置解分析
• 3.1 引言
• 3.2 运动学反解
• 3.3 运动学正解
• 3.4 数值算例
• 3.4.1 位置反解数值算例
• 3.4.2 位置正解数值算例
• 3.5 本章小结
• 第4 章 3-RRUR 并联机器人的工作空间分析
• 4.1 引言
• 4.2 可达工作空间反解搜索条件分析
• 4.2.1 反解搜索范围
• 4.2.2 反解搜索第一条件
• 4.2.3 反解搜索第二条件
• 4.2.4 反解搜索第三条件
• 4.2.5 反解搜索第四条件
• 4.2.6 反解搜索第五条件
• 4.3 可达工作空间
• 4.3.1 第一条件下可达工作空间
• 4.3.2 第二条件下可达工作空间
• 4.3.3 第一、第二条件下可达工作空间
• 4.3.4 第二、三条件下可达工作空间
• 4.3.5 第二、三、四条件下可达工作空间
• 4.3.6 五个条件下可达工作空间
• 4.4 工作空间分析
• 4.4.1 通达工作空间概念
• 4.4.2 3-RRUR 并联机器人工作空间的通达性验证
• 4.5 本章小结
• 第5 章 3-RRUR 并联机器人速度、加速度分析
• 5.1 引言
• 5.2 运动影响系数理论
• 5.3 机构速度分析
• 5.3.1 一阶影响系数矩阵的建立
• 5.3.2 速度分析及数学算例
• 5.4 机构加速度分析
• 5.4.1 支链的二阶影响系数矩阵
• 5.4.2 机构的二阶影响系数矩阵
• 5.4.3 加速度分析及数值算例
• 5.5 本章小结
• 第6 章 3-RRUR 并联机器人建模与运动学仿真
• 6.1 引言
• 6.2 3-RRUR 并联机器人的三维建模
• 6.2.1 定义操作环境
• 6.2.2 建立模型
• 6.3 添加驱动
• 6.4 位置正、反解仿真
• 6.4.1 位置反解仿真
• 6.4.2 位置正解仿真
• 6.5 工作空间边界验证
• 6.6 速度正解仿真
• 6.7 本章小结
• 结论
• 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