【摘要】：并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有精度高、承載能力大、位置反解簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),然而其亦具有自運(yùn)動(dòng)較難消除、容錯(cuò)性能較低、奇異位形較難規(guī)避等缺點(diǎn)。具有冗余結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)不僅可以保留并聯(lián)機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn),更能彌補(bǔ)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一些不足,可以達(dá)到消除自運(yùn)動(dòng)、規(guī)避奇異位形等目的。本文基于以上背景,提出了一類結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計(jì)方案,并優(yōu)選出其中的一個(gè)典型構(gòu)型,對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的理論分析和虛擬仿真,最后制作了面向任務(wù)的物理樣機(jī)驗(yàn)證了其特性,為結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工程應(yīng)用研究提供了一定的價(jià)值。(1)本文著重介紹了基于相對(duì)自由度計(jì)算公式和修正的G-K公式進(jìn)行構(gòu)型綜合的設(shè)計(jì)理論,并通過該理論選定了機(jī)構(gòu)的基本參數(shù),得到了不同類別的運(yùn)動(dòng)副構(gòu)件數(shù)目,將構(gòu)件分配至各個(gè)運(yùn)動(dòng)支鏈,并配置支鏈與基座鉸接的基本運(yùn)動(dòng)副,而后裝配機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)支鏈,設(shè)計(jì)了不同類型的結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型。對(duì)設(shè)計(jì)出的部分結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)搭建了三維模型,分別簡(jiǎn)述了各部分結(jié)構(gòu)的具體形式。以結(jié)構(gòu)對(duì)稱、容易加工、便于控制等設(shè)計(jì)依據(jù),優(yōu)選了其中的一種新型3-PRR(P-3RR)S并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象,并命名為新型結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)。(2)對(duì)新型結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位置反解分析,基于運(yùn)動(dòng)學(xué)方程繪制了工作空間,而后進(jìn)行了奇異性、靈巧性和剛度等研究,為后續(xù)優(yōu)化奠定了一定的理論基礎(chǔ)。(3)對(duì)新型結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化,選取了一組最優(yōu)解數(shù)據(jù)作為新型結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)樣機(jī)制作的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。再在ADAMS軟件中進(jìn)行了自由度仿真與驗(yàn)證,并利用MATLAB進(jìn)行了理論計(jì)算,基于仿真與理論計(jì)算結(jié)果交互驗(yàn)證了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析工作的正確性。(4)對(duì)樣機(jī)機(jī)械本體進(jìn)行了制作,搭建了合理的新型結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)樣機(jī)控制系統(tǒng),制定了控制方案,并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)控制,結(jié)果表明機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中平穩(wěn)可靠。
【圖文】：

因此，并聯(lián)機(jī)器人的出現(xiàn)給機(jī)器人的研宄和工程應(yīng)用帶來了蓬。逡逑聯(lián)機(jī)構(gòu)和串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)器人具有以下潛在優(yōu)點(diǎn)［２］：逡逑（１）并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)構(gòu)整體的剛度大；逡逑（２）并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)大部分在基座上，沒有誤差累積，動(dòng)平臺(tái)的精度高；（３）由于沒有中間傳動(dòng)系統(tǒng)，所有部件只是簡(jiǎn)單地旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)，，移動(dòng)速都很低。由于作業(yè)終端的移動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量較小，并聯(lián)機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)靈性好、移動(dòng)速度快的特點(diǎn)；逡逑（４）由于操作終端所支持的負(fù)載由各支路共同分擔(dān)，并聯(lián)機(jī)器人的總承。逡逑于并聯(lián)機(jī)器人具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此受到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，其理用開發(fā)研宄是當(dāng)今的一個(gè)熱門課題。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍非常廣［３］，示的Ｄｅｌｔａ機(jī)構(gòu)機(jī)械手，圖１－２所示的３－ＰＲＳ主軸頭并聯(lián)機(jī)床，圖１－３模擬器，圖１－４所示的航天器對(duì)接口等�，F(xiàn)在并聯(lián)機(jī)器人的研宄吸引了科研人員，其應(yīng)用范圍也在不斷的擴(kuò)大［４］。逡逑

逑圖１－３飛行模擬器邐圖１－４航天器對(duì)接口逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｆｌｉｇｈｔ邋ｓｉｍｕｌａｔｏｒ邐Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｓｐａｃｅｃｒａｆｔ邋ｉｎｔｅｒｆａｃｅ逡逑綜上所述，研究結(jié)構(gòu)冗余并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)理論和機(jī)構(gòu)性能分析，提出逡逑新型的結(jié)構(gòu)冗余的并聯(lián)機(jī)器人并對(duì)之進(jìn)行理論設(shè)計(jì)研究，其研究成果具有重要的逡逑科學(xué)意義以及工程應(yīng)用的價(jià)值。逡逑１．２研究現(xiàn)狀逡逑１．２．１并聯(lián)機(jī)器人理論分析研究現(xiàn)狀逡逑并聯(lián)機(jī)器人理論研宄內(nèi)容豐富，包括構(gòu)型設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、工作空間分析、逡逑奇異性分析以及尺寸優(yōu)化等方面。逡逑近年來，國內(nèi)外關(guān)于并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型綜合方法方面，做了大量研宄。目前，逡逑機(jī)器人構(gòu)型設(shè)計(jì)方法主要有李群理論和螺旋理論等［７］。李秦川等【８］利用李群理論列逡逑舉了產(chǎn)生所需位移流形的運(yùn)動(dòng)支鏈，給出了結(jié)構(gòu)條件，該條件保證了由支鏈產(chǎn)生逡逑的位移流形的交點(diǎn)是所要求的５自由度的位移流形，然后系統(tǒng)地提出了邋３Ｒ２Ｔ的５逡逑自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的綜合方法，其中Ｒ為轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，Ｔ為平移自由度。隨后，基逡逑于李群理論提出了非對(duì)稱三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH112

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2678208