摘 要
并聯(lián)機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度大、承載能力強(qiáng)、自重負(fù)荷小、動(dòng)力性能好、定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，所以它的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大。本文選取三自由度P-R-R型平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對象，目標(biāo)是建立3-PRR型平面并聯(lián)機(jī)器人的模型。對該模型動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)的研究以及對機(jī)構(gòu)整體精度誤差的分析，都為平面三自由度工作平臺(tái)的研制提供了理論依據(jù)。本研究豐富了平面并聯(lián)機(jī)器人的類型，為該模型的實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)。
首先，本文從動(dòng)力學(xué)研究入手，建立了并聯(lián)機(jī)器人的三維實(shí)體模型。結(jié)合拉格朗日方程和虛功原理建立了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。利用ADAMS軟件，對并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了仿真研究，繪出了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的輸入輸出之間的關(guān)系曲線。該仿真實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的可視化，并且首次嘗試運(yùn)用仿真法確定出并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一種奇異位姿。
其次，對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部位進(jìn)行靜力學(xué)有限元分析。利用ABAQUS有限元分析軟件，研究了機(jī)構(gòu)不同位姿、不同載荷下的應(yīng)力應(yīng)變情況。然后找出機(jī)構(gòu)的危險(xiǎn)截面，為機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考依據(jù)。
然后，對并聯(lián)機(jī)器人的精度進(jìn)行了分析。應(yīng)用并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸入輸出微分關(guān)系，建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)的輸出位姿正解的數(shù)學(xué)模型，并提出位姿誤差正解的分析方法。利用計(jì)算機(jī)仿真，分析出對誤差影響較大的因素。提出了一種誤差補(bǔ)償?shù)霓k法，可以降低位姿輸出誤差。
最后，對物理樣機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)。分析了樣機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)存在的問題，參考前面動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)分析的數(shù)據(jù)對樣機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)。改進(jìn)樣機(jī)后精度有所提高，從而驗(yàn)證了理論研究與分析的正確性以及物理樣機(jī)在研究中的重要性。
關(guān)鍵詞：平面并聯(lián)機(jī)器人；動(dòng)力學(xué)；靜力學(xué)；精度分析；物理樣機(jī)

Abstract
Parallel robot has many advantages such as a simple structure, big stiffness, high load capacity, small heavy-duty, good dynamic performance and high position precision, so it is applied in the expanding areas. The thesis selects three degree of freedom PRR planar parallel mechanism for study and the goal is to create a 3-PRR planar parallel robot model. We do the research of its dynamics, static and the analysis of the overall precision error in order to provide a theoretical basis for the working platform with three degree of freedom. This study enriches the type of planar parallel robot and laid the foundation for the model practice.
Firstly, the thesis begins with the study of dynamics and establishes the solid model of parallel robot. Combining with the Lagrange equations and virtual principle, we establish the mathematical model of the robot dynamics. According to using ADAMS software, we do the simulate study of the robot and draw the input and output curves of the kinematics and dynamics. The simulation fulfills the robot’s visualization and we find out a singular posture of the parallel robot by simulation.
Secondly, we do the static finite element analysis about the key parts of the robot. Using ABAQUS finite element analysis software, we study the stress and displacement of the robot in different pose and load conditions. Then, we find out the dangerous sections of the parallel mechanism in order to provide the reference for the design of the robot.
Then, we do the analysis about the accuracy of the parallel robot. Applying the input and output differential, we establish the foreword solution mathematical model the output pose of the robot and propose the analysis method of pose error. Using computer simulation, we find out the factors which affect the pose error mostly. We propose a method of error compensation and it can reduce the output pose error.
Finally, we improve the physical model. By analyzing the problem of the robot when it moving, we improve the physical model by the data from the research of dynamics and statics. After the model improved, we find that the accuracy of the robot increased, which verifies the correctness of theoretical research and analysis as well as the physical model of the importance in the study.
Key words: Planar Parallel Robot; Dynamics; Statics; Accuracy Analysis; Physical Model
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1機(jī)器人發(fā)展歷史 1
1.1.1 機(jī)器人發(fā)展概況 1
1.1.2機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用 2
1.2并聯(lián)機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 2
1.2.1并聯(lián)機(jī)器人國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.2.2發(fā)展趨勢 4
1.3選題來源與研究內(nèi)容 5
1.3.1選題來源和研究意義 5
1.3.2研究內(nèi)容及章節(jié)安排 5
第2章 多體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論 8
2.1多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論 8
2.1.1 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展 8
2.1.2多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的結(jié)構(gòu)形式 8
2.1.3 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程的數(shù)值求解 9
2.2多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型 10
2.3本章小結(jié) 13
第3章 平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 14
3.1平面并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)簡圖 14
3.1.1 平面并聯(lián)機(jī)器人自由度分析 14
3.1.2 并聯(lián)機(jī)器人閉環(huán)矢量的構(gòu)成 15
3.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型的建立 16
3.3 運(yùn)動(dòng)仿真 18
3.3.1 仿真模型的建立 18
3.3.2添加約束與載荷 19
3.3.3運(yùn)動(dòng)仿真及分析 20
3.4 本章小結(jié) 23
第4章 平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析 24
4.1 ABAQUS有限元分析軟件介紹 24
4.1.1 ABAQUS軟件簡介 24
4.1.2 ABAQUS軟件的主要模塊 24
4.2 機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析 25
4.2.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)位姿的選擇 25
4.2.2有限元模型的建立 26
4.3有限元分析結(jié)果與后處理 30
4.3.1位姿一的靜力學(xué)分析結(jié)果： 30
4.3.2位姿二的靜力學(xué)分析結(jié)果： 34
4.3.3兩種位姿結(jié)果對比分析 38
4.4本章小結(jié) 39
第5章 平面并聯(lián)機(jī)器人精度分析 40
5.1精度分析方..