三自由度空間柔性并聯(lián)機器人動力學研究.pdf

1、柔性機器人、并聯(lián)機器人是機器人領域中的兩個前沿課題。由于柔性串聯(lián)機器人滿足了現(xiàn)代工業(yè)在輕質(zhì)、高精度和高加速度運動等方面的要求，近三十多年來得到了快速發(fā)展。并聯(lián)機器人具有運動慣量小、剛度大、運動精度高等優(yōu)點，與串聯(lián)機器人在結(jié)構(gòu)和性能方面形成互補關系，從而擴大了機器人的應用范圍。隨著對機器人在高精度、高效率等方面要求的不斷提高，同時具有柔性機器人和并聯(lián)機器人兩方面特點的柔性并聯(lián)機器人將成為機器人領域的一個新方向。因此，進行這方面的研究具有重

2、要的理論意義和實用價值。 本文將并聯(lián)機器人與柔性機器人有機地結(jié)合起來，以具有柔性構(gòu)件的三自由度空間并聯(lián)機器人為分析對象，全面研究諸如動力學建模與分析、虛擬樣機仿真、動態(tài)特性和優(yōu)化設計、運動規(guī)劃和動力規(guī)劃等空間柔性并聯(lián)機器人動力學分析和綜合方面的問題。 首先，進行了具有柔性構(gòu)件的空間并聯(lián)機器人的動力學建模和求解。建立了一種空間柔性梁單元模型，推導了柔性梁單元的動力學方程和并聯(lián)機器人支鏈的動力學方程。利用系統(tǒng)運動學約束和動力

3、學約束，裝配支鏈的動力學方程得到柔性并聯(lián)機器人的系統(tǒng)動力學方程。討論了柔性并聯(lián)機器人動力學方程的求解，并通過數(shù)值算例分析了動平臺的動力學響應。 其次，進行了柔性并聯(lián)機器人的虛擬樣機仿真。以SAMCEF軟件為平臺，分別建立了3-RRS、3-RSR和3-RRC柔性并聯(lián)機器人的虛擬樣機。分析了這些柔性并聯(lián)機器人的位移誤差、速度、加速度和動應力等的變化情況。通過數(shù)值計算結(jié)果和SAMCEF軟件仿真結(jié)果的對比，驗證了本文所建動力學模型的有效

4、性和正確性。 再次，開展了柔性并聯(lián)機器人的動態(tài)特性分析和機構(gòu)優(yōu)化設計的研究。分析了柔性并聯(lián)機構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率與設計參數(shù)的關系。由此，提出了基于系統(tǒng)固有頻率的機構(gòu)優(yōu)化設計模型，以運動誤差、動應力等為約束條件，進行了構(gòu)件參數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。 最后，分別進行了柔性并聯(lián)機器人系統(tǒng)的輸入運動規(guī)劃和動力規(guī)劃。通過柔性并聯(lián)機器人的初始位形選擇和輸入運動規(guī)劃，達到了降低系統(tǒng)運動誤差的目的；通過柔性并聯(lián)機器人系統(tǒng)的動力規(guī)劃，降低了系統(tǒng)驅(qū)動