1T3R并聯(lián)機器人設計及其實驗裝置研制.pdf

1、并聯(lián)機器人機構(gòu)作為一類機器人操作機構(gòu)，其輸出終端具有高精度、高剛度、高速度的突出優(yōu)點，引起了國內(nèi)外專家學者的普遍關注。目前在并聯(lián)機器人研究中，3、6自由度占80％，而4、5自由度只占了9.5％，實際上在工業(yè)應用中4、5自由度的并聯(lián)機器人由于結(jié)構(gòu)簡單、控制簡便、造價低并能夠滿足許多少于6自由度應用場合的要求，有著極為廣泛的應用前景，目前已經(jīng)成為機器人研究的一個新熱點。 本文以1T3R四自由度并聯(lián)機器人為研究對象，首先從可用于設計1

2、T3R四自由度并聯(lián)機器人的運動支鏈中，利用少自由度并聯(lián)機器人拓撲結(jié)構(gòu)設計的一般方法和步驟，通過組合不同的運動支鏈進行對稱結(jié)構(gòu)和非對稱結(jié)構(gòu)的1T3R并聯(lián)機器人拓撲結(jié)構(gòu)設計。論文以可應用于并聯(lián)機床和醫(yī)療器械，特別適合用作外科內(nèi)窺鏡的1-PS-3-SPS并聯(lián)機器人為研究對象，選擇主動副的個數(shù)和施加位置。其次，在求解出并聯(lián)機器人的反解方程的基礎上，采用基于結(jié)構(gòu)參數(shù)約束的總空間搜索方法，利用MATLAB得出結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化與總工作空間的關系，并提出

3、一種方便快捷的1-PS-3-SPS構(gòu)型的結(jié)構(gòu)參數(shù)設計準則；以并聯(lián)機器人Jacobean矩陣為基礎，采用基于條件數(shù)約束的靈活工作空間的搜索方法，得出結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化與靈活工作空間的關系。再次，選擇使工作空間最大的結(jié)構(gòu)參數(shù)比例，根據(jù)實驗裝置的設計要求，對并聯(lián)機器人的各零部件進行結(jié)構(gòu)設計，并解決包括局部自由度、小桿的無法控制的轉(zhuǎn)動、滑動球鉸鏈剛度與擺角范圍矛盾等設計中存在的問題，從結(jié)構(gòu)設計上使工作性能更優(yōu)；在三維參數(shù)化軟件UniGraphics

4、中進行整機裝配，并檢驗各零部件間的裝配關系。最后，在保證其零部件質(zhì)量、質(zhì)心位置、慣性矩不變的情況下建立參數(shù)化模型，在運動學、動力學分析軟件ADAMS中對其進行運動學、動力學仿真分析，利用ADAMS的仿真和后處理功能觀察和監(jiān)控各構(gòu)件間的干涉情況和鉸鏈的轉(zhuǎn)角約束情況；研究多個參數(shù)的變化對并聯(lián)機器人球鉸鏈受力情況的影響，獲得最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 本文研究工作得到了國家級新世紀教育教學改革項目“機械基礎理論教學與實踐教學綜合改革的研究與實