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3-RRRU并联机器人运动学及动力学建模与仿真

作　者: 王立华
导　师: 赵新华
学　校: 天津理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 并联机器人运动学 Kane方法动力学
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

3-RRRU型并联机器人作为本文的研究对象,在查阅了大量国内外相关文献的基础上,对于少自由度并联机器人的运动学、动力学特性也有了一定程度上的了解。并联机器人以其高刚度、高承载能力以及其能够满足高速度和高精度的工作要求,现在越来越受到国内外学者的青睐,3-RRRU并联作为一种新型的并联机构,很好的改善了传统的并联机构的不足。本文着重对其进行了相关的运动学和动力学的分析研究。与串联机器人的运动学求解正好相反,并联机器人的运动学逆解的求解容易,而对于其运动学的正解的求解过程是十分复杂的,本文采用了Newton-Raphson的迭代方法,对该机构的运动学正问题进行了求解,并且得出了相应的解。对3-RRRU型并联机器人其奇异位形的三种情况分别进行分析,然后求解3-RRRU型并联机器人的雅克比矩阵,对其工作空间进行分析研究。由于并联机器人结构的动力学模型是一个高度非线性,并且多输入、多输出的高度耦合的非常复杂的系统,本文采用了Kane方法对3-RRRU型并联机器人机构进行动力学建模,包括求解速度、角速度;偏速度、偏角速度;广义主动力以及广义惯性力等。最后得到以Kane方法建立的3-RRRU型并联机器人的动力学模型。此外,本文在计算的过程中,还通过MATLAB仿真软件对解得的该机构的位置逆解、角速度以及动力学逆解等进行了一系列的数值仿真。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-19
  1.1 机器人的发展概述  9-10
  1.2 并联机器人的发展历程  10-13
  1.3 并联机器人的应用  13-15
  1.4 国内外对并联机器人机构理论的研究概况  15-17
  1.5 本文的主要工作  17-19
第二章 3-RRRU 并联机器人的位置分析  19-28
  2.1 引言  19
  2.2 3-RRRU 并联机器人机构的简介  19-20
  2.3 3-RRRU 并联机器人的运动学位置反解的分析  20-22
  2.4 3-RRRU 并联机器人的运动学位置反解的仿真实例  22-23
  2.5 3-RRRU 并联机器人的运动学位置正解分析及数值仿真  23-27
    2.5.1 使用Newton-Raphson 的方法进行运动学正解分析  23-25
    2.5.2 数值仿真  25-27
  2.6 本章小结  27-28
第三章 3-RRRU 型并联机器人的奇异位形及工作空间分析  28-34
  3.1 引言  28
  3.2 3-RRRU 型并联机器人的雅克比矩阵  28-30
  3.3 3-RRRU 型并联机器人的奇异位形的分类研究  30-31
    3.3.1 位形奇异  30
    3.3.2 边界奇异  30-31
    3.3.3 结构奇异  31
  3.4 3-RRRU 型并联机器人的工作空间分析  31-33
  3.5 本章小结  33-34
第四章 3-RRRU 并联机器人的动力学研究  34-46
  4.1 概述  34
  4.2 Kane 方法  34-37
    4.2.1 Kane 方法的介绍  34-36
    4.2.2 多体系统中Kane 方法的应用及偏速度和偏角速度的计算方法  36-37
  4.3 速度及加速度分析  37-42
    4.3.1 局部坐标系下机构的结构分析  37-38
    4.3.2 机构各构件角速度及偏角速度的表示  38-39
    4.3.3 角速度的数值算例  39
    4.3.4 机构各个杆件质心的速度及偏速度的表示  39-41
    4.3.5 机构各个杆件质心的加速度的计算  41
    4.3.6 动平台的速度偏速度及加速度的表示  41-42
  4.4 广义主动力及广义惯性力的求法  42-43
    4.4.1 作用于机构中各杆件质心的广义主动力和广义惯性力的求法  42-43
    4.4.2 作用动平台质心的广义主动力和广义惯性力的求法  43
  4.5 Kane 动力学方程求解机器人逆动力学  43-44
  4.6 Kane 方法建立的动力学方程的数值算例  44-45
  4.7 本章小结  45-46
第五章总结和展望  46-48
  5.1 总结  46
  5.2 展望  46-48
参考文献  48-53
发表论文和科研情况说明  53-54
致谢  54-55

3-RRRU并联机器人运动学及动力学建模与仿真

内容摘要

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