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1、無論在科幻小說還是人們對機器人的第一意識中,都把像人一樣的機器人作為研究的最高境界。機器人研究者也一直把實現(xiàn)類人的行為作為夢寐以求的目標。機器人機構(gòu)主要是由一個個關(guān)節(jié)組成?,F(xiàn)有的人形機器人的關(guān)節(jié)都是基于串聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動的,而且很少有腰關(guān)節(jié)。一般來說,采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)形式的機器人承載能力較弱,而沒有腰關(guān)節(jié),則就會受上體重量的影響,使其控制平衡不方便。 本文主要研究人形機器人的肩關(guān)節(jié)和腰關(guān)節(jié),提出了一種新的并聯(lián)冗余機構(gòu)——3-RRR+S’-
2、P 機構(gòu)。由于此機構(gòu)以三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)(3-RRR 機構(gòu))為基礎(chǔ),因此后續(xù)主要研究了3-RRR 機構(gòu)的運動學(xué)、靜力學(xué)以及剛度,求得運動學(xué)雅克比矩陣和力雅克比矩陣,并分析了3-RRR 機構(gòu)的操作性能和奇異形位。具體內(nèi)容為: 1. 在三自由度球面并聯(lián)機構(gòu)(3-RRR 機構(gòu))的基礎(chǔ)上,為了更好的提高機構(gòu)的承載性能和剛度,從仿生學(xué)以及動物關(guān)節(jié)的角度對機構(gòu)進行改進,提出了一種新的冗余機構(gòu)——3-RRR+S’-P 機構(gòu)。采用此機構(gòu)可以把
3、作用在動平臺上過球心的力直接卸載到機架上,使肩關(guān)節(jié)和腰關(guān)節(jié)具有更好的力學(xué)性能、剛度及控制的精度。 2. 對球面并聯(lián)機構(gòu)(3-RRR 機構(gòu))建立運動學(xué)模型,得到該并聯(lián)機構(gòu)位置反解表達式,用直接求導(dǎo)法推導(dǎo)出其速度反解表達式,并隨機求得了幾個位姿下的速度雅可比矩陣的數(shù)值解,為以后對速度雅可比和力雅可比矩陣關(guān)系的驗證奠定了基礎(chǔ)。 3. 采用拆桿法建立3-RRR 機構(gòu)的受力模型,并通過機構(gòu)的變形作為補充方程,求得各連桿所受各力的解
4、析表達式;論證了機構(gòu)上平臺受過球心力作用時,所需機構(gòu)的輸入力矩為零;以數(shù)值算例為例,當動平臺受廣義力時,3-RRR 機構(gòu)各連桿受力以及所需驅(qū)動力矩與機構(gòu)位姿變化的關(guān)系;并用數(shù)值法驗證力雅克比矩陣和速度雅可比矩陣J 的關(guān)系。 4. 在靜力學(xué)分析的基礎(chǔ)上,對3-RRR 機構(gòu)的變形進行分析,得到剛度的解析表達式,為后續(xù)的機構(gòu)設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。 5. 分析了速度、精度及承載性能的評定方法;對雅克比矩陣的奇異形位進行了分析,并畫
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