三自由度空間柔性并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、柔性機(jī)器人、并聯(lián)機(jī)器人是機(jī)器人領(lǐng)域中的兩個(gè)前沿課題。由于柔性串聯(lián)機(jī)器人滿足了現(xiàn)代工業(yè)在輕質(zhì)、高精度和高加速度運(yùn)動(dòng)等方面的要求，近三十多年來(lái)得到了快速發(fā)展。并聯(lián)機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)慣量小、剛度大、運(yùn)動(dòng)精度高等優(yōu)點(diǎn)，與串聯(lián)機(jī)器人在結(jié)構(gòu)和性能方面形成互補(bǔ)關(guān)系，從而擴(kuò)大了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。隨著對(duì)機(jī)器人在高精度、高效率等方面要求的不斷提高，同時(shí)具有柔性機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人兩方面特點(diǎn)的柔性并聯(lián)機(jī)器人將成為機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)新方向。因此，進(jìn)行這方面的研究具有重

2、要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 本文將并聯(lián)機(jī)器人與柔性機(jī)器人有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以具有柔性構(gòu)件的三自由度空間并聯(lián)機(jī)器人為分析對(duì)象，全面研究諸如動(dòng)力學(xué)建模與分析、虛擬樣機(jī)仿真、動(dòng)態(tài)特性和優(yōu)化設(shè)計(jì)、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和動(dòng)力規(guī)劃等空間柔性并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)分析和綜合方面的問(wèn)題。 首先，進(jìn)行了具有柔性構(gòu)件的空間并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模和求解。建立了一種空間柔性梁?jiǎn)卧Ｐ停茖?dǎo)了柔性梁?jiǎn)卧膭?dòng)力學(xué)方程和并聯(lián)機(jī)器人支鏈的動(dòng)力學(xué)方程。利用系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)約束和動(dòng)力

3、學(xué)約束，裝配支鏈的動(dòng)力學(xué)方程得到柔性并聯(lián)機(jī)器人的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程。討論了柔性并聯(lián)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)方程的求解，并通過(guò)數(shù)值算例分析了動(dòng)平臺(tái)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。 其次，進(jìn)行了柔性并聯(lián)機(jī)器人的虛擬樣機(jī)仿真。以SAMCEF軟件為平臺(tái)，分別建立了3-RRS、3-RSR和3-RRC柔性并聯(lián)機(jī)器人的虛擬樣機(jī)。分析了這些柔性并聯(lián)機(jī)器人的位移誤差、速度、加速度和動(dòng)應(yīng)力等的變化情況。通過(guò)數(shù)值計(jì)算結(jié)果和SAMCEF軟件仿真結(jié)果的對(duì)比，驗(yàn)證了本文所建動(dòng)力學(xué)模型的有效

4、性和正確性。 再次，開(kāi)展了柔性并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)態(tài)特性分析和機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究。分析了柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的固有頻率與設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系。由此，提出了基于系統(tǒng)固有頻率的機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，以運(yùn)動(dòng)誤差、動(dòng)應(yīng)力等為約束條件，進(jìn)行了構(gòu)件參數(shù)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 最后，分別進(jìn)行了柔性并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)的輸入運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和動(dòng)力規(guī)劃。通過(guò)柔性并聯(lián)機(jī)器人的初始位形選擇和輸入運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，達(dá)到了降低系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)誤差的目的；通過(guò)柔性并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)的動(dòng)力規(guī)劃，降低了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)