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基于序单开链法的并联机器人结构分析程序化研究

作　者: 陈超
导　师: 罗玉峰
学　校: 南昌大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 并联机器人拓扑结构序单开链方位特征方程
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文基于序单开链机构结构理论,引入邻接矩阵来描述空间机器人机构的拓扑结构,并研究其结构自动分解的相关程序实现原理和算法。主要研究内容：(1)对空间机构结构的数学描述方法进行了探讨,提出了一种新的空间机构邻接矩阵表达式及自动提取拓扑特征信息的算法。该表达式能够完整得到空间机构的全部信息,并便于计算机的存储、识别和运算。(2)提出了适合程序实现的计算机构自由度和方位特征方程的算法,列出了空间机构常用运动链的方位特征方程表,便于以后结构分析时查找调用；(3)基于机构的耦合度算法进行了空间机构结构自动分解程序化实现的研究。提出了机构结构自动分解的算法及具体步骤。运用该算法对几种常见空间机构进行了结构分解,并给出了相应最佳分解路线,为机构的运动学和动力学分析建模奠定了基础。本文的研究意义是实现计算机自动分析机器人机构的拓扑特征,确定最佳分解路线为机器人结构分析与综合的系统软件开发打下基础,促进序单开链的机构结构理论的推广和应用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-17
  1.1 引言  8
  1.2 并联机器人研究现状  8-10
    1.2.1 并联机器人的特点与应用  8-10
    1.2.2 并联机器人机构学理论研究  10
  1.3 空间机器人结构分析的研究现状与发展趋势  10-14
    1.3.1 机器人机构结构分析方法  11-13
    1.3.2 平面机构结构分析的自动生成方法  13-14
    1.3.3 空间机构的拓扑结构描述  14
    1.3.4 机器人机构拓扑结构学发展趋势  14
  1.4 本课题来源、意义及的主要研究内容  14-17
    1.4.1 课题来源、意义  14-15
    1.4.2 本论文主要研究内容  15-17
第2章并联机器人拓扑结构的表达  17-29
  2.1 拓扑结构的定义、范畴  17-19
    2.1.1 拓扑结构学的基本任务  17
    2.1.2 机构拓扑结构的定义及要素  17
    2.1.3 机构拓扑结构的基本性质  17-18
    2.1.4 尺度约束类型  18-19
  2.2 并联机构拓扑结构的表达  19-23
    2.2.1 平面机构拓扑结构的表达  19
    2.2.2 拓扑图的矩阵表示  19-21
    2.2.3 空间机构拓扑结构的数学表达  21-23
  2.3 并联机构支链和回路确定  23-28
    2.3.1 确定并联机构的各条支链  23-27
    2.3.2 确定并联机构的回路  27-28
  2.4 结论  28-29
第3章机器人方位特征及自由度的程序化算法研究  29-48
  3.1 机构的方位特征  29-32
    3.1.1 方位输出矩阵  29
    3.1.2 方位特征矩阵  29-32
  3.2 串联机构的方位特征  32-40
    3.2.1 计算单开链(SOC)的方位特征M_(bi),ξ_(Li)  35-37
    3.2.2 确定支链方位特征矩阵  37-40
  3.3 并联机构的方位特征  40-43
    3.3.1 并联机构POC方程  40-41
    3.3.2 并联机构方位特征方程的运算规则  41-42
    3.3.3 计算空间机构方位特征方程  42-43
  3.4 计算支链活动度f  43-44
  3.5 计算机构的自由度DOF  44-47
    3.5.1 自由度公式  44
    3.5.2 确定DOF的主要步骤  44-46
    3.5.3 计算并联机构自由度的算法  46-47
  3.6 结论  47-48
第4章机构最佳分解路线的确定  48-60
  4.1 通路单元与通路约束度  48-49
    4.1.1 连通图的结构分解  48
    4.1.2 通路约束度  48-49
  4.2 运动链的耦合度  49-51
    4.2.1 图的耦合度  49-50
    4.2.2 耦合度k的物理意义  50
    4.2.3 耦合度算法  50-51
  4.3 并联机器人结构自动分解算法研究  51-55
  4.4 常见机器人结构分解实例  55-59
  4.5 结论  59-60
第5章结论与展望  60-62
  5.1 结论  60-61
  5.2 展望  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-66
攻读学位期间的研究成果  66

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