一種三轉(zhuǎn)動自由度球面并聯(lián)機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、并聯(lián)機(jī)器人相對于串聯(lián)機(jī)器人來說,其承載能力與自身重量比高,具有較好的位置精度,較高的剛度和較低的慣性負(fù)荷等優(yōu)點,但也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜和工作空間小等缺點。具有三個轉(zhuǎn)動自由度的球面并聯(lián)機(jī)器人在很長一段時間內(nèi)受到了廣泛的研究,人們提出并設(shè)計了許多球面并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)應(yīng)用于一些特定的任務(wù)中進(jìn)行工作,而且大部分應(yīng)用場合中都要求球面并聯(lián)機(jī)器人具有較好的綜合性能。
　　本文著重研究一種含中央約束支鏈為球副的并聯(lián)機(jī)構(gòu)3SPU-1S,由中央約束支鏈的球副

2、直接限制機(jī)構(gòu)為三轉(zhuǎn)動自由度的球面并聯(lián)機(jī)構(gòu),這樣直接避開了傳統(tǒng)三支鏈對稱的球面并聯(lián)機(jī)器人由于制造安裝誤差等引起的缺點。同時,中央約束支鏈承擔(dān)著機(jī)構(gòu)大部分的負(fù)載,還可以增加機(jī)構(gòu)的整體剛度。本文給出了機(jī)構(gòu)的CAD模型,通過對3SPU-1S球面并聯(lián)機(jī)器人的運動學(xué)進(jìn)行分析,確定了機(jī)構(gòu)幾何約束的判別條件,根據(jù)螺旋理論求得機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣,對機(jī)構(gòu)的奇異位形的物理意義進(jìn)行分析,通過應(yīng)用MATLAB軟件編程,在圓柱坐標(biāo)系下,對機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間和奇異點進(jìn)

3、行仿真。
　　對于動力學(xué)問題的分析,由于典型的牛頓歐拉方法在運算過程中需要考慮中間力和力矩的影響,較為繁瑣,效率低下,因此采用凱恩方法建立了并聯(lián)機(jī)器人的逆動力學(xué)模型,選取動平臺角速度的三個分量作為廣義速度,詳細(xì)地推導(dǎo)出并聯(lián)機(jī)器人的逆動力學(xué)方程,并應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行動力學(xué)仿真分析,驗證了動力學(xué)模型的正確性和合理性。
　　此外,本文最終目的是為了獲得具有良好綜合性能的球面并聯(lián)機(jī)器人,而并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計過程常常需要考慮的性能