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类SCARA动平台可连续回转并联机器人的性能分析

作　者: 姜宁
导　师: 张建军
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 硅片搬运机器人机构构型螺旋理论自由度分析运动学分析尺度综合动力学分析
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
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内容摘要

本文在分析了满足现状发展的硅片传输机器人技术与设备基础上,研究了一种动平台可连续回转的三自由度并联机器人机构。在机构构型之后,研究了该机构的自由度、运动学建模与仿真、尺度综合、动力学建模与仿真等关键技术,为硅片搬运机械手样机的设计和平台建造提供了理论基础,论文主要研究内容如下:第一部分分析IC产业对硅片搬运机器人的需求并结合串并联机器人的优缺点,研究了一种并联形式的硅片传输机器人机构(称它为类SCARA动平台可连续回转并联机器人)。与传统的并联机器人相比,该机构采用3个支链嵌套而成,其动平台可以实现360 ?连续回转以及机械手的径向进给动作。以螺旋理论为基础,写出了机构各支链的螺旋系,然后求得相应的反螺旋,最后利用修正的Grübler–Kutzbach(G-K)公式计算出了类SCARA并联机器人的自由度,完成了机构的构型。第二部分在柱坐标中,建立了并联闭环机构的位置、速度、加速度模型,在此基础上分析了该机构的奇异位型,并对末端机械手的位置、速度和加速度进行了仿真,得到了末端机械手的运动变化曲线。通过结合雅克比矩阵条件数全域均值性能指标与波动幅度性能指标构造出全域综合性能指标,构建约束条件并给定初值范围。调用MATLAB工具箱中的fmincon函数优化出了满足约束条件的杆长,并通过仿真验证了优化的正确性。第三部分在分析各个构件动能与势能的基础上,利用拉格朗日方程建立了机构的动力学模型并进行了必要的仿真,得到了伺服电动机驱动力矩的变化规律。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-17
  §1-1 课题研究的背景  8
  §1-2 国内外研究现状  8-15
    1-2-1 硅片搬运机器人发展现状  8-12
    1-2-2 并联机器人的研究现状  12-15
  §1-3 本文的研究内容和意义  15-17
第二章机构构型  17-29
  §2-1 引言  17
  §2-2 螺旋理论基础及自由度分析原理  17-21
    2-2-1 螺旋的基本概念  17-18
    2-2-2 机构自由度的计算公式  18-19
    2-2-3 螺旋集与螺旋系的集合表示  19
    2-2-4 并联机构中的基本螺旋系  19-21
  §2-3 一种新型支链嵌套结构的并联机器人  21-24
    2-3-1 二自由度支链嵌套结构并联机器人的描述  21
    2-3-2 三自由度支链嵌套结构并联机器人的描述  21-24
  §2-4 类SCARA并联机器人自由度分析  24-28
  §2-5 本章小结  28-29
第三章运动学分析及尺度综合  29-41
  §3-1 引言  29
  §3-2 运动学分析  29-33
    3-2-1 位置分析  29-30
    3-2-2 速度及奇异位形分析  30-31
    3-2-3 加速度分析  31-33
  §3-3 运动学仿真  33-34
  §3-4 尺度综合  34-40
    3-4-1 工作空间  34-35
    3-4-2 约束条件  35-36
    3-4-3 全域综合性能指标  36-39
    3-4-4 工程实例分析  39-40
  §3-5 本章小结  40-41
第四章动力学分析  41-49
  §4-1 引言  41
  §4-2 动力学建模  41-46
  §4-3 动力学仿真  46-48
  §4-4 本章小结  48-49
第五章总结与展望  49-50
参考文献  50-54
致谢  54-55
攻读硕士期间所取得的相关研究成果  55

类SCARA动平台可连续回转并联机器人的性能分析

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