文档介绍：重庆大学
硕士学位论文
少自由度并联机器人拓扑结构设计及运动学研究
姓名:黄勇刚
申请学位级别:硕士
专业:机械设计及理论
指导教师:黄茂林
20050401
中文摘要
摘要
并联机构作为一类机器人机构,具有精度高、刚度大、速度快和承载能力强
等优点。6 自由度 Stewart 型并联机器人已经进行了相当充分的研究,并在工程实
际中得到了广泛应用。少自由度并联机器人由于结构简单、控制简便、造价低并
能够满足许多少于 6 自由度应用场合的要求,目前已经成为机器人研究的一个新
热点。本文首先系统分析了少自由度并联机器人机构的拓扑结构设计方法,并对
四自由度并联机器人拓扑结构的设计过程进行了详细研究,然后分析了典型四自
由度并联机器人 2-RPS-2-SPS 的运动学相关问题,最后首次初步研究了并联机器
人机构过约束的分析和自调结构的设计以及局部自由度的影响和应用。
并联机器人机构运动支链自由度与动平台自由度的关系是并联机器人拓扑
结构设计的首要问题。利用常见运动副与位移子群间的对应关系,分析了多自由
度运动副 S、G、C 与单自由度运动副 R、P 之间的联系及替代规律,通过引入运
动连接及其机械生成元的观点,研究了运动连接的并、交运算规律,在此基础上
提出了少自由度并联机器人拓扑结构设计的一般方法和步骤。
利用少自由度并联机器人拓扑结构设计的一般方法和步骤,详细讨论了四自
由度并联机器人拓扑结构设计问题。通过运动连接运算规则,获得了众多可用于
构成四自由度并联机器人的运动支链结构形式;利用不同运动支链的组合进行对
称结构和非对称结构的四自由度并联机器人设计,得到了许多已知结构和一些新
的结构,验证了文章所提出的设计方法的正确性。针对 2-RPS-2-SPS 四自由度并
联机器人,分析了其主动副的选择问题,研究了其运动学性质,在此基础上,提
出了一种五轴联动并联运动机床的设计思路,并应用 Matlab 编程语言设计了仿真
程序和算法,进行了运动学反解、定姿态工作空间以及机床加工过程的模拟仿真,
得出了基于加工轨迹的反解曲线和运动支链的姿态变化曲线以及定姿态工作空
间的变化规律。
应用重庆大学黄茂林教授提出的约束不确定的观点,研究了少自由度并联机
器人中的过约束计算问题,并初步研究了对应的无过约束自调结构的设计方法。
同时还简要讨论了并联机器人结构中局部自由度的影响和应用。
本文的研究工作得到面约束不确定的机械自
调结构设计研究与实践”及国家级新世纪教育教学改革项目“机械基础理论教学
与实践教学综合改革的研究与实践”子项目“并联机器人实验装置的研制”的资
助。
Ⅰ
重庆大学硕士学位论文
关键词:并联机器人,少自由度,拓扑结构设计,运动学,仿真,过约束
Ⅵ
英文摘要
ABSTRACT
The parallel mechanism is a kind of robot structure. It has the characteristics of
high accuracy, rigidity, speed, and large load carrying capability. 6-DOF Stewart
platform robot has been studied thoroughly and been used in many industy domains.
Nowadays, Low mobility parallel robot has drawn a lot of interest in the area of robot
because of its simple structure, easy to be controlled, low cost, and suitable for many
tasks requiring less than 6-DOF. In this dissertation, firstly, the toplogy stucture
synthesis method of low mobility parallel robots are fully analysed, then, the designing
method and steps of 4-DOF parallel robots are thoroughly studied, secondly, the
kinematics of 2-RPS-2-SPS parallel robot are researched, finally, the aspect of
o