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一种高刚度两自由度平移运动并联机器人的结构参数优化

作　者: 肖杰
导　师: 张龙；彭斌彬
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 并联机构 设计空间 性能图谱 机器人 运动分析 优化设计 静刚度
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


二自由度平移运动并联机构因其自由度少,运动封闭,具有结构简单,控制方便等特点,有着重要的应用前景。本论文研究了一种新型高刚度两自由度平移运动并联机床主机构。该并联机构采用虎克铰的运动约束来实现,形成空间约束,连杆不再受弯矩作用,改善了机构的受力状况,提高了机构的刚度。本文首先利用虚拟输入法引出一类作纯平移运动的3-UPU并联机器人机构,利用其平动奇异条件理论证明两自由度平移运动并联机床主机构的自由度数,并进行仿真验证。进行了运动学分析,根据机构约束方程,建立了雅可比矩阵,对机构的位形奇异进行了分类。利用设计空间,研究了并联机构的有效工作空间,灵巧度,极大,极小速度等全域性能指标,分析了几种全域性能指标在设计空间内的分布情况,根据性能要求,对机构尺寸参数进行优化,给出设计实例,得出了它们在理论和有效工作空间内的性能分布。建立两自由度平移运动并联机器人运动仿真模型,验证了机构的实际工作空间和运动情况;通过对机器人静刚度模型的理论分析,得出了并联机器人机构静刚度的表达式,利用有限元分析软件分析了并联机器人机构在不同受力情况下的静刚度,验证了机构刚度的良好性。最后指出了本机构的在实际中的应用。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-16
  1.1 并联机器人及其应用  7-11
    1.1.1 并联机器人的起源  7-8
    1.1.2 并联机器人的发展与应用领域  8-11
  1.2 2自由度并联机器人研究现状  11-13
    1.21 平面两自由度平移运动并联机器人研究现状  11-13
  1.3 本课题的意义及背景技术  13-14
  1.4 论文的主要内容  14-16
2 两自由度平移运动并联机构的结构分析  16-26
  2.1 二自由度平移运动并联机构结构介绍  16
  2.2 一般自由度计算公式  16-17
  2.3 二自由度平移运动并联机器人的自由度数证明  17-22
    2.3.1 虚拟输入法  17-19
    2.3.2 虚拟机构的平动奇异及分支链的自由度数证明  19-22
  2.4 一种两自由度平移运动并联机构分支链平面等效杆长计算  22-25
  2.6 本章小结  25-26
3 并联机器人的运动分析  26-33
  3.1 引言  26
  3.2 二自由度平移运动并联机器人运动分析  26-30
    3.2.1 并联机构位置正反解常用方法  26-27
    3.2.2 二自由度平移运动并联机器人的位置正反解  27-29
    3.2.3 并联机器人机构的速度,雅可比矩阵和加速度  29-30
  3.3 并联机器人机构的奇异位型分析  30-31
  3.4 并联机器人位置正反解的数值验证  31-32
  3.5 本章小结  32-33
4 并联机器人的工作空间分析  33-58
  4.1 引言  33
  4.2 二自由度平移运动并联机构尺寸模型  33-37
    4.2.1 二自由度平移运动并联机构尺寸模型  34-37
  4.3 并联机器人的理论工作空间  37-38
  4.4 并联机器人的有效工作空间及其性能分析  38-57
    4.4.1 并联机器人的有效工作空间  38-42
    4.4.2 有效工作空间在尺寸空间的分布图及其面积性能图谱  42-50
    4.4.3 有效工作空间的评价  50-57
  4.5 本章小结  57-58
5 并联机器人的全域性能分析及结构参数优化  58-67
  5.1 机构的灵巧度  58-62
    5.1.1 机构灵巧度度量指标定义  58-60
    5.1.2 并联机器人的全条件指标  60-62
  5.2 并联机器人的输出速度性能指标分析  62-65
    5.2.1 并联机器人的速度度量指标定义  62-65
  5.3 并联机器人结构参数优化  65-66
  5.4 本章小结  66-67
6 并联机器人机构的运动学仿真与静刚度分析  67-79
  6.1 Solidworks运动仿真与有限元分析概述  67
  6.2 并联机器人机构的创建与运动仿真  67-71
    6.2.1 并联机器人机构的建模与装配  67-68
    6.2.2 并联机器人机构运动学仿真  68-71
  6.3 并联机器人的静刚度分析  71-76
    6.3.1 并联机器人静刚度的理论基础  71-72
    6.3.2 并联机器人静刚度的有限元仿真分析  72-76
  6.4 两自由度平移运动并联机器人的实际应用  76-78
  6.5 本章小结  78-79
结论  79-81
致谢  81-82
参考文献  82-86

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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