六自由度并聯(lián)機(jī)器人奇異位形的研究.pdf

1、奇異位形，也稱(chēng)特殊位形，是機(jī)構(gòu)的固有性質(zhì)也是機(jī)器人機(jī)構(gòu)的一個(gè)十分重要的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)、受力、控制以及精度等諸方面的性能都與機(jī)構(gòu)的奇異位形密切相關(guān)。因此有必要對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的奇異位形做更深入的研究，以減少和消除奇異位形的影響，進(jìn)一步提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能，促進(jìn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的實(shí)用化和產(chǎn)品化的發(fā)展。本文系統(tǒng)的對(duì)六自由度并聯(lián)機(jī)器人的奇異位形問(wèn)題進(jìn)行了全面的研究，主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面： 論文介紹了并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異位形的基本理論。闡明了奇異

2、位形的基本定義，明確了機(jī)構(gòu)處于奇異位形下的物理意義；介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的奇異位形的研究方法、分類(lèi)方法以及并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，最后研究了機(jī)構(gòu)奇異時(shí)瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)螺旋的求解方法。 對(duì)3/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了深入的研究。推導(dǎo)出了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的解析表達(dá)式，提出了分析該并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異位形的等效機(jī)構(gòu)法，采用此方法推導(dǎo)出了當(dāng)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)處于一般

3、姿態(tài)時(shí)機(jī)構(gòu)在θ-平面上的位置奇異軌跡方程并研究了其在相互平行的θ-平面上的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性，最后對(duì)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)處于各種姿態(tài)時(shí)機(jī)構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了總結(jié)。 對(duì)6/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了深入的研究。推導(dǎo)出了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的解析表達(dá)式，基于此解析表達(dá)式，又推導(dǎo)出了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)在主截面上的位置奇異軌跡方程并

4、研究了機(jī)構(gòu)在相互平行的主截面上的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性，最后對(duì)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了總結(jié)。研究首次發(fā)現(xiàn)，6/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)也存在六個(gè)線矢量均交于一個(gè)公共線矢量的奇異位形，并且當(dāng)機(jī)構(gòu)處于同一姿態(tài)時(shí)，在空間中可能存在多個(gè)位置此時(shí)六個(gè)線矢量均同時(shí)交于一個(gè)公共線矢量。 對(duì)6/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)奇異及姿態(tài)能力進(jìn)行了研究。推導(dǎo)出了該并

5、聯(lián)機(jī)構(gòu)處于給定位置時(shí)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)奇異軌跡的解析表達(dá)式，首次提出了姿態(tài)能力的性能指標(biāo)，研究了機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的幾何外形、動(dòng)平臺(tái)和定平臺(tái)的外接圓的半徑比、動(dòng)平臺(tái)的位置對(duì)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)能力的影響。機(jī)構(gòu)的姿態(tài)能力的研究為該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的理論指導(dǎo)。 最后對(duì)6/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)工作空間進(jìn)行了研究。提出了計(jì)算該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的姿態(tài)工作空間的算法，并提出了非奇異姿態(tài)工作空間、實(shí)際姿態(tài)工作空間的概念及其相應(yīng)