一種少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是末端執(zhí)行器(動(dòng)平臺(tái))通過(guò)若干條獨(dú)立的支鏈與定平臺(tái)相連的閉鏈機(jī)構(gòu)。與串聯(lián)機(jī)器人相比具有結(jié)構(gòu)剛度大、承載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度高以及位置的反解簡(jiǎn)單和力反饋控制方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。與目前廣泛應(yīng)用的串聯(lián)機(jī)器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補(bǔ)關(guān)系,因而擴(kuò)大了整個(gè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)外研發(fā)機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)它的研究與開(kāi)發(fā)給予了高度重視,做了大量的研究工作,取得了一系列的成果。
　　近幾年來(lái),少自由度并聯(lián)機(jī)器人成為新的研究熱點(diǎn)。因?yàn)檫@種機(jī)器人相對(duì)六自由度機(jī)器

2、人具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、工作空間大等特點(diǎn),在工業(yè)生產(chǎn)及其它領(lǐng)域有著更加廣闊的應(yīng)用前景。
　　由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有工作空間小、工作空間里的奇異點(diǎn)多等缺點(diǎn)，需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。工程機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題大致可以分為三類：(1)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題；(2)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題；(3)其他優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題是優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因此對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)一直是人們關(guān)注的研究課題。
　　本文研究一種少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3、。首先以3-US并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。這個(gè)機(jī)構(gòu)具有3個(gè)自由度。本文研究在Z方向的平動(dòng)自由度和繞X軸與Y軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。這個(gè)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是在Z方向上平動(dòng)和繞X軸與Y軸方向轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)，還伴生有其他自由度的運(yùn)動(dòng)。因此，這個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析比較復(fù)雜。求解運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解時(shí)，不但需要求解驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的角度，還需要求解其他三個(gè)非獨(dú)立的末端執(zhí)行器的位置參數(shù)。然后根據(jù)約束條件得到工作空間。根據(jù)現(xiàn)階段并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工程上的需求，尤其是并聯(lián)機(jī)床方面，

4、需要具有較大的傾角。這樣在加工零件時(shí)，可以加工零件的每個(gè)面。因此，在本文中以這個(gè)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的傾角作為新的優(yōu)化目標(biāo)。以逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)、雅克比矩陣的奇異性、關(guān)節(jié)角度和速度增益等約束建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。相對(duì)于一些經(jīng)典和現(xiàn)代的優(yōu)化算法，由于微分進(jìn)化算法具有較強(qiáng)的全局收斂能力和魯棒性，選擇微分進(jìn)化算法作為優(yōu)化算法對(duì)這個(gè)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化。最后利用Solidworks軟件建立這個(gè)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的模型進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了優(yōu)化結(jié)果的有效性和微分