一種新型6-PRRS并聯(lián)機器人系統(tǒng)的研究.pdf

1、并聯(lián)機器人以其承載能力強、運動精度高、剛度大、運動慣量小等一系列優(yōu)點，在國民生產(chǎn)的各個領(lǐng)域應用越來越廣泛。6-PRRS并聯(lián)機器人是一種具有較多構(gòu)型的并聯(lián)機構(gòu)，本文在對國內(nèi)外并聯(lián)機器人理論、應用與發(fā)展分析的基礎(chǔ)上，對一種新型6-PRRS并聯(lián)機器人的運動學、動力學、控制系統(tǒng)以及相應的系統(tǒng)實驗進行了深入的探討和研究。該類型并聯(lián)機器人可以應用在加工機床與醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域。
　　本文中的6-PRRS機構(gòu)是眾多并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)型中的一種，其特點是驅(qū)動

2、部分由6個直線運動輸入構(gòu)成，而驅(qū)動部分又有多種空間布置形式。文中討論的6-PRRS并聯(lián)機器人采用最近出現(xiàn)的將驅(qū)動部分布置成平行的形式，但區(qū)別于其它PRRS機構(gòu)的特點是直線驅(qū)動部分不共面并且采用螺旋驅(qū)動的形式，這是一種新的驅(qū)動組合方式。這種布置形式從結(jié)構(gòu)上決定該機器人具有較大的運動空間，也因其驅(qū)動的平行布置，為其快速運動奠定了基礎(chǔ)。
　　分析了6-PRRS機器人的正奇異、逆奇異以及復合奇異，在該并聯(lián)機器人奇異分析中提出空間瞬時軸概念

3、，給包含本并聯(lián)機器人在內(nèi)的空間并聯(lián)機構(gòu)的機構(gòu)奇異做出基于空間幾何形式的解釋。同時應用空間瞬時軸概念以及旋量理論對機構(gòu)奇異與雅可比矩陣奇異的對應性也做出相應的分析、證明與描述。提出一種本6-PRRS并聯(lián)機器人特有的復合奇異形式。應用線性叢理論對空間瞬時軸的求解方法做出相應分析。此外結(jié)合旋量理論與指數(shù)基分析了6-PRRS并聯(lián)機器人的完全運動學逆解，也對機構(gòu)的實時逆解、雅可比矩陣做出逐一的分析與研究。
　　對該6-PRRS并聯(lián)機器人的工

4、作空間與運動特性進行了分析，分析出6-PRRS并聯(lián)機器人基本結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對工作空間的影響情況，找到影響工作空間大小的敏感因素，由其自身結(jié)構(gòu)特點證明其在理論上有無限大工作空間。研究了本并聯(lián)機器人的可操作度與各向同性情況，通過計算實例證明該機器人的可操作度與各向同性指標優(yōu)良，同時也由這些特性證明該并聯(lián)機器人具有適合快速運動的特性。
　　在動力學方面提出一套適合本文并聯(lián)機器人的動力學建模簡化方法，基于拉格朗日方法以及虛功原理建立系統(tǒng)動力

5、學計算模型，并給出仿真實例，為該并聯(lián)機器人的動力學控制奠定基礎(chǔ)；在靜力學方面，給出關(guān)于導軌分布形式不同時連桿受力分析的對比，仿真分析說明了導軌高度分布變化可以帶來相當可觀的工作空間的增大，說明此類機構(gòu)具有很好的應用價值。
　　作為分析本并聯(lián)機器人靜剛度的一個重要組成因素，采用有限元分析軟件對6-PRRS機器人剛度與變形進行了分析，由此為實際機器人的設計提供直接的參考數(shù)據(jù)。而采用虛功原理方法分析了機器人在其工作空間內(nèi)的靜剛度分布情況

6、，為機器人的優(yōu)化設計提供參照。
　　本文采用CMAC+PD的并行控制方法，以及基于指數(shù)趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)方法的6-PRRS并聯(lián)機器人控制方法，并給出對本機器人控制的仿真實驗。這兩種控制方法克服了常規(guī)控制器所不能避免的一些弊端，使控制效果得到提高。在完成以上理論分析等基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個完整的實驗系統(tǒng)，包含6-PRRS并聯(lián)機器人本體與相應的控制系統(tǒng)。在此平臺上完成運動學演示實驗與軌跡測試與分析實驗，以上實驗驗證了相關(guān)理論分析的正確性，也