【摘要】：本文根據(jù)已經(jīng)成型并應(yīng)用的三平動(dòng)3-PRRU并聯(lián)機(jī)器人,提出了一種空間結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,無伴隨運(yùn)動(dòng)的3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人�；�3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的構(gòu)造特點(diǎn),利用軟件matlab及其中集成的強(qiáng)大的算法工具箱模塊,并對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)等理論進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。除理論研究外,還利用現(xiàn)代輔助設(shè)計(jì)軟件soildworks對(duì)其進(jìn)行三維建模,并利用其中的Motion插件,對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了一系列的模擬,再次驗(yàn)證了該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)存在的合理性及適用性,為少自由度并聯(lián)機(jī)器人的理論研究奠定了一定的基礎(chǔ)。本文的研究工作主要包括以下幾個(gè)方面:(1)利用改進(jìn)的Grubler Kutzbach-公式對(duì)本文提出的3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的自由度進(jìn)行分析計(jì)算,對(duì)其支鏈進(jìn)行合理的簡(jiǎn)化,利用D-H矩陣法為該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人建立數(shù)學(xué)模型,并利用該數(shù)學(xué)模型對(duì)3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行位置反解的研究,并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)反解進(jìn)行篩選,得到符合實(shí)際要求的幾組反解,并使用matlab仿真軟件對(duì)該理論算法采用不同的算例進(jìn)行仿真計(jì)算,驗(yàn)證其正確性。(2)運(yùn)用D-H方法建立了3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,并根據(jù)其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,構(gòu)造3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解方程,并根據(jù)此方程利用matlab軟件中自帶的遺傳算法工具箱,將并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化問題,并將正解和反解進(jìn)行相互印證,證明了遺傳算法在求解這類問題中的優(yōu)勢(shì)所在及所建立的3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人正解模型的正確性。(3)根據(jù)3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的特有的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn),選用雅各比矩陣法對(duì)其奇異位形進(jìn)行分析,利用速度雅各比矩陣建立該并聯(lián)機(jī)器人奇異位形的判別式,分析了在何種條件下該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人將達(dá)到奇異位型。(4)根據(jù)3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的反解方程,選用蒙特卡洛法得到該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的工作空間,并利用matlab快速的計(jì)算功能及繪圖功能,將大致的工作空間繪制出直觀的點(diǎn)陣圖表示出來,從而得到該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的工作空間的所有點(diǎn)在空間中集合的圖像。并基于matlab平臺(tái),編寫GUI,分析不同桿件尺寸是如何影響該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的工作空間的。(5)利用solidworks對(duì)該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行三維造型建模,利用solidworks中集成的Motion插件對(duì)該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬,從而再次驗(yàn)證了對(duì)該3-PRRRR并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模的合理性和正確性。
[Abstract]:According to the three-parallel 3-PRRU parallel robot which has been formed and applied, a kind of 3-PRRRR parallel robot with simple spatial structure and no concomitant motion is proposed in this paper. Based on the construction characteristics of 3-PRRRR parallel robot, this paper makes use of the software matlab and its integrated powerful algorithm toolbox module, and carries on the computer simulation to its kinematics theory and so on. In addition to the theoretical research, we also use the modern aided design software soildworks to carry on the three-dimensional modeling to it, and use the Motion plug-in it to carry on a series of simulation to its kinematics. The rationality and applicability of the 3-PRRRR parallel robot mechanism are verified again, which lays a certain foundation for the theoretical research of the parallel robot with less degrees of freedom. The research work in this paper mainly includes the following aspects: (1) using the improved Grubler Kutzbach- formula, the degree of freedom of the 3-PRRRR parallel robot proposed in this paper is analyzed and calculated, and the branch chain of the robot is reasonably simplified. The mathematical model of the 3-PRRRR parallel robot is established by using the DH matrix method, and the inverse position solution of the 3-PRRRR parallel robot is studied by using the mathematical model, and the inverse solution is screened according to the actual situation. Several groups of inverse solutions which meet the practical requirements are obtained, and the theoretical algorithm is simulated with different examples by using matlab simulation software to verify its correctness. (2) the kinematics equation of 3-PRRRR parallel robot is established by using DH method, and the simulation results are as follows: (1) the kinematics equation of 3-PRRRR parallel robot is established by using DH method. According to the kinematics equation, the forward kinematics solution equation of the 3-PRRRR parallel robot is constructed. According to this equation, the forward kinematics solution of the parallel robot is transformed into an optimization problem by using the genetic algorithm toolbox which is included in the matlab software. And corroborate the positive solution and the inverse solution to each other. The advantages of genetic algorithm in solving this kind of problems and the correctness of the forward solution model of 3-PRRRR parallel robot are proved. (3) according to the special spatial structure characteristics of 3-PRRRR parallel robot, The singular configuration of the parallel robot is analyzed by using the Yakubi matrix method, and the discriminant of the singular configuration of the parallel robot is established by using the velocity Yakubi matrix. The conditions under which the 3-PRRRR parallel robot will reach the singular bit type are analyzed. (4) according to the inverse solution equation of the 3-PRRRR parallel robot, the workspace of the 3-PRRRR parallel robot is obtained by using Monte Carlo method. By using the fast calculation function and drawing function of matlab, the approximate workspace can be represented by intuitionistic dot matrix graph, and the images of all points in the workspace of the 3-PRRRR parallel robot can be obtained. Based on matlab platform, GUI, is programmed to analyze how different bar sizes affect the workspace of the 3-PRRRR parallel robot. (5) the 3-PRRRR parallel robot is modeled by using solidworks in three-dimensional modeling. Using the integrated Motion plug-in solidworks to simulate the mechanism of the 3-PRRRR parallel robot, the rationality and correctness of the kinematics modeling of the 3-PRRRR parallel robot are verified again.
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2470590