基于MATLAB的3-RRRT并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、本文選用3-RRRT并聯(lián)機(jī)器人為研究對(duì)象，主要研究?jī)?nèi)容有3-RRRT并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)建模、動(dòng)力學(xué)建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真及構(gòu)型優(yōu)化。
　　3-RRRT并聯(lián)機(jī)器人是由一個(gè)固定平臺(tái)和一個(gè)動(dòng)平臺(tái)通過(guò)3條支鏈連接而成，其中每條支鏈由3根桿件分別通過(guò)3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副R和一個(gè)虎克鉸T與固定平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)進(jìn)行連接。通過(guò)對(duì)3-RRRT并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行自由度數(shù)分析可知，其動(dòng)平臺(tái)僅能實(shí)現(xiàn)在空間中沿3個(gè)坐標(biāo)軸方向的平動(dòng)，故該并聯(lián)機(jī)器人的自由度數(shù)為3。因并聯(lián)機(jī)

2、器人和以往的串聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行對(duì)比，這種新型機(jī)器人表現(xiàn)出速率快、精度高、承載佳等大量?jī)?yōu)勢(shì)特征，使它在工程行業(yè)中得到普遍的應(yīng)用，如并聯(lián)機(jī)床、食品分揀機(jī)器人等設(shè)施。本文選擇的分析對(duì)象3-RRRT并聯(lián)機(jī)器人便能夠在食品分揀工序中進(jìn)行應(yīng)用。通過(guò)完成這一類(lèi)型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析工作，能夠使其成為后期研究的原型，并在開(kāi)發(fā)性能完善的空間并聯(lián)機(jī)器人階段，如并聯(lián)機(jī)床、微操機(jī)器人等，奠定相應(yīng)的概念基礎(chǔ)。
　　首先，根據(jù)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，運(yùn)用D-H坐

3、標(biāo)和齊次坐標(biāo)變換，建立了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，通過(guò)解析法求出了3-RRRT并聯(lián)機(jī)器人的位置反解，得出了動(dòng)平臺(tái)在某一位姿下，該并聯(lián)機(jī)器人各個(gè)支鏈的8組位置反解；通過(guò)數(shù)值法求出了該并聯(lián)機(jī)器人的位置正解，并分別通過(guò)MATLAB軟件編程進(jìn)行仿真，并用實(shí)例驗(yàn)證了其位置正解的正確性。然后，在運(yùn)動(dòng)學(xué)研究的基礎(chǔ)上，運(yùn)用牛頓-歐拉動(dòng)力學(xué)方法建立了該并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)模型，推導(dǎo)出了基于牛頓-歐拉動(dòng)力學(xué)方法的桿件的速度、加速度、慣性力以及各個(gè)關(guān)節(jié)的平衡力和驅(qū)動(dòng)力矩

4、的遞推計(jì)算公式。并通過(guò)MATLAB軟件進(jìn)行編程仿真，得出了在動(dòng)平臺(tái)軌跡已被規(guī)劃的情況下的各個(gè)支鏈驅(qū)動(dòng)力矩仿真結(jié)果。最后，以系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行了系統(tǒng)的構(gòu)型優(yōu)化，使得系統(tǒng)消耗的總能量最小，達(dá)到綠色環(huán)保的目的。
　　本文采用的牛頓-歐拉動(dòng)力學(xué)方法，通過(guò)將并聯(lián)機(jī)器人的某條支鏈從關(guān)節(jié)處切開(kāi)，使其變?yōu)殚_(kāi)鏈結(jié)構(gòu)，通過(guò)牛頓-歐拉遞推算法，可以逐個(gè)桿件地推出其各個(gè)關(guān)節(jié)處的約束力以及桿件所受的慣性力，從而為將來(lái)對(duì)該并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行柔性分析