空間機構的運動學分析及新型并聯變胞機構的設計.pdf

1、空間機構的運動學研究是機器人機構學研究的最重要也最基礎的部分，給機器人機構的實際應用提供理論支持。本文以空間一般7R串聯機構、一般6-6Stewart并聯機構及廣義并聯機構的運動學問題為研究對象，對其求解模型、算法理論和求解過程等方面進行了研究，給出了一些新的求解方法，同時對并聯變胞機器人機構進行了研究，給出了創(chuàng)新性的設計，并對其變胞過程中自由度的變化進行了分析。主要的研究內容和創(chuàng)新成果如下： (1)在研究了對偶四元數理論在串聯

2、機構中建模方法的基礎上，對空間一般7R機構的位置反解進行了分析，建立了約束方程，通過對獲得的四個位置約束方程構造Dixon結式，得到一個6×6的行列式等于零的矩陣，去掉其中相關的公因式，導出了既無增根也無漏根的一元16次方程，并使用數值算例驗證了其全部根。此方法簡潔明了，易于程序實現，為空間7R機構的應用提供了新的理論基礎。 (2)通過應用Calay公式描述旋轉矩陣，建立了空間一般6-6Stewart并聯機構的運動學約束方程，并

3、由此推導出6個只含三個未知量的多項式方程組，應用Grobner基法求該6個多項式組的基并去掉其中的增根，構造了13×13Sylvester矩陣，由方程組有解的條件令該矩陣的行列式等于零導出了不含增根的一元40次的輸入輸出方程。該解法中構造的矩陣尺寸為已知文獻解析方法中最小的。 (3)對高小山提出的廣義并聯機構進行了研究，以其中具有角度約束的并聯機構進行了分析，選取具有一個、兩個、三個和零個角度約束類型中各一個機構進行了運動學正解

4、求解，其中3-CCC是一種全部由圓柱副構成的具有三個線線角度和三個距離約束的新型并聯機構，文中分別用Calay公式和方向余弦兩種旋轉矩陣建模方法對其位置正解進行了分析，通過對三個角度約束方程分別構造Dixon結式和Sylvester結式，以及對三個距離約束方程進行變量代換分別導出了位置正解輸入輸出方程，得出64組位置正解，并使用數值算例驗證了其全部根。采用VC++6.0與OpenGL相結合對其進行了三維建模和運動仿真。 2CCC

5、-4SPS為一種具有兩個線線角度和四個點點距離約束的新型并聯機構，對結構和運動學正解進行了研究，通過Sylvester結式及Grobner基導出了位置正解輸入輸出方程，得出32組位置正解；1CCC-5SPS是一種具有一個線線角度和五個點點距離約束的新型并聯機構，通過Grobner基的原理導出了一元40次位置正解輸入輸出方程；6CCS為一種由圓柱付、圓柱付和球面付構成的點、線約束的新型并聯機構，通過對三個位置約束方程構造Dixon結式，去

6、掉其中線性相關的3行3列，導出了一元64次輸入輸出方程，根據位置的8個解與姿態(tài)解互相解耦的特點，其運動學正解共有512個。以上求解均使用數值算例驗證了其全部根。 (4)通過對傳統的Hooke鉸進行分析和改進，本文給出了一種新型的三自由度鉸鏈，稱為rT鉸。該鉸鏈除了一般Hooke鉸的兩個軸線互相垂直相交的旋轉自由度外，還增加了一個可以調節(jié)該兩個軸線之一的姿態(tài)的一個旋轉自由度，通過此自由度調節(jié)該rT鉸到不同的裝配構型，可以改變用其裝

7、配的并聯機構的自由度，由此產生兩類新型的并聯變胞機構： 一類是機構的各個支鏈中都有rT鉸，該鉸鏈的不同構型可以改變各支鏈對運動平臺的約束或整個支鏈組的組合形式而改變機構的自由度狀態(tài)，3(rT)PS和3(rT)C(rT)屬于前者，通過調節(jié)rT鉸到不同構型可以使其支鏈產生或消失局部自由度，從而減少或增加支鏈對運動平臺的約束，使得并聯變胞機構3(rT)PS和3(rT)C(rT)分別具有自由度從3變到6和從1變到6的能力；3(rT)P(