1T3R四自由度并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘    要

并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為一類機(jī)器人機(jī)構(gòu)，具有精度高、剛度大、速度快和承載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，與目前廣泛應(yīng)用的串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系，擴(kuò)大了整個機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。6自由度并聯(lián)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難以控制，很多關(guān)鍵技術(shù)還未得到解決，因此在工程實際中還沒有得到廣泛應(yīng)用。少自由度并聯(lián)機(jī)器人由于結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、造價低并能夠滿足許多少6自由度應(yīng)用場合的要求，目前已經(jīng)成為機(jī)器人研究的一個新熱點(diǎn)。
本論文以1-PS-3-SPS四自由度并聯(lián)機(jī)器人為研究對象，首先從可用于設(shè)計1T3R四自由度并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動支鏈中，利用少自由度并聯(lián)機(jī)器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的一般方法和步驟，通過組合不同的運(yùn)動支鏈進(jìn)行對稱結(jié)構(gòu)和非對稱結(jié)構(gòu)的1T3R并聯(lián)機(jī)器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計。其次，在求解出并聯(lián)機(jī)器人的反解方程的基礎(chǔ)上，采用基于結(jié)構(gòu)參數(shù)約束的總空間搜索方法，選擇使工作空間最大的結(jié)構(gòu)參數(shù)比例，并對并聯(lián)機(jī)器人的各零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇滿足條件的零部件，畫出裝配圖。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)機(jī)器人， 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)， 工作空間

ABSTRACT

As a parallel robot, institutions have many advantages of high precision, stiffness, high speed, carrying capacity and so on. The current extensive application of the series on the application of robots in a complementary relationship, and expand the entire robot applications. 6 degrees of freedom parallel robot because of complex structure, difficult to control, many key technologies have not yet been resolved, it works in practice has not been widely used. Because of simple structure, control is simple, low cost and less able to meet many of the 6-DOF applications requirements; Less freedom of Parallel Robot has become a new hot spot for research.
This paper takes the 1-PS-3-SPS four degrees of freedom for parallel robot for research. First, from 1T3R which can be used to design the four degrees of freedom of movement parallel robot branch in the chain, using fewer degrees of freedom parallel robot design topology of the general approach And steps through the combination of different sports-chain structure and symmetry of the asymmetrical structure 1T3R parallel robot topology design. Secondly, the solution to the anti-parallel robot on the basis of the equation, based on structural parameters of the space constraints of the search methods, the choice of working space largest proportion of the structural parameters and parallel robot parts of the structural design, then choose the parts and components which are to meet the conditions, painted assembly.

Keywords: Parallel Robot, Topology, Working space
 

目錄

摘    要 I
ABSTRACT II
1  緒論………………………………………………………………………………………….1
1.1 并聯(lián)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2
1.11 構(gòu)型設(shè)計及自由度配置 2
1.12　機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)理論及研究方法 3
1.13　動力學(xué)分析及建模 3
1.2 并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用 4
1.3 論文的選題意義和研究內(nèi)容…………………………………………………………………6
1.31 課題的選題意義…………………………………………………………………………….6
1.32 課題的研究內(nèi)容………………………………….................................6
2  少自由度并聯(lián)機(jī)器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計方法 7
2.1 并聯(lián)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)元素 7
2.11 并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動副及其自由度 8
2.12 并聯(lián)機(jī)器人的驅(qū)動方式 9
2.13并聯(lián)機(jī)器人的平臺類型和鉸鏈的布置 9
2.14 并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動支鏈及其自由度 9
2.2 并聯(lián)機(jī)器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的一般方法和步驟 13
2.21 并聯(lián)機(jī)器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的一般步驟 13
2.22 運(yùn)動支鏈數(shù)目的確定 14
2.23 主動副的選擇和確定 15
3  1T3R四自由度并聯(lián)機(jī)器人拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計 16
3.1 四自由度運(yùn)動連接1T3R的結(jié)構(gòu)形式和分類 16
3.2 四自由度1T3R并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的設(shè)計 18
3.3 四自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計和方案優(yōu)選 19
3.31 驅(qū)動關(guān)節(jié)的確定及選擇 19
3.32 冗余自由度設(shè)計 20
4  1-PS-3-SPS并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作空間的影響 21
4.1 運(yùn)動學(xué)反解方程 21
4.2 Jacobean矩陣 22
4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)約束條件下的工作空間確定 23
4.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作空間的影響 25
4.41 最大桿長和最小桿長 、 對工作空間的影響 26
4.42 動、靜平臺外接圓半徑 、 對工作空間的影響 26
4.43 靜平臺外接圓半徑 和最大桿長 比值對工作空間的影響 27
4.44 球鉸的最大轉(zhuǎn)角(許用轉(zhuǎn)角)對工作空間的影響 27
5  1T3R四自由度并聯(lián)機(jī)器人的零部件設(shè)計 29
5.1 伸縮桿的設(shè)計 29
5.2 球鉸鏈的設(shè)計 29
5.3 虎克鉸鏈的設(shè)計 30
6 結(jié)論 32
致謝 33
參考文獻(xiàn) 34