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二自由度冗余驱动并联机器人运动学及动力学研究

作　者: 魏芳胜
导　师: 惠记庄
学　校: 长安大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 并联机器人冗余驱动运动学动力学 ADAMS
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

与串联机器人相比，并联机器人具有精度高、刚度大、误差小、承载能力强等优点。冗余驱动并联机器人的冗余驱动特性能够克服部分奇异性，增大有效工作空间，优化关节驱动力，改善并联机器人的性能。然而，冗余驱动并联机器人存在多条支链，具有强耦合和非线性动力学特性，同时冗余驱动受限于结构和驱动方式的复杂性，增加了研究工作的难度。本文针对二自由度冗余驱动并联机器人，从运动学、动力学及动力学性能方面进行了研究。基于螺旋理论，建立了二自由度冗余驱动并联机器人的运动学模型，通过该模型求出了并联机器人的速度正解和逆解，分析了并联机器人在工作空间中的基本运动特性。应用螺旋理论的几何原理描述并联机器人的运动特征，能够简化运算。基于速度雅可比矩阵，分别研究了二自由度非冗余驱动并联机器人与冗余驱动并联机器人发生奇异位形的数学条件以及几何特征，对比分析了奇异性对并联机器人运动性能的影响。研究了二自由度冗余驱动并联机器人的动力学问题。首先结合拉格朗日动力学方程和虚拟弹簧方法建立了二自由度冗余驱动并联机器人的动力学数学模型，应用这种方法推出的动力学方程可以完全解耦，同时简化了建模过程，实现了并联机器人的快速建模。然后提出了二自由度冗余驱动并联机器人的驱动力优化方法，解决了驱动力分配问题，运用ADAMS软件对二自由度冗余驱动并联机器人进行运动学与动力学仿真，验证了运动学速度求解和驱动力优化方法的正确性。对二自由度冗余驱动并联机器人的动力学性能进行了理论及实验研究，分析了二自由度冗余驱动并联机器人运动过程中末端执行器的振动特性和频域特性，为并联机器人动力学性能的改善提供借鉴作用。

二自由度冗余驱动并联机器人运动学及动力学研究

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