文档介绍：燕山大学
硕士学位论文
2-DOF和3-DOF纯移动并联机构的设计方法研究
姓名:张军
申请学位级别:硕士
专业:机械电子工程
指导教师:高峰
20050301
摘要本文基于空间模型理论,在对国内外并联机构的设计方法进行分析的基础上,对改进型购筒⒘6杂啥绕矫婊沟纳杓品椒ń辛研究,并借助计算机工具绘制出机构的性能图谱,为机构的设计和性能分析提供了有利帮助。首先,建立了两种机构的空间模型,根据尺寸参数的不同取值绘制平面区间图,并运用变点机构线将平面区间进行划分,对每个子区间讨论尺寸特点和关系,绘制机构的尺寸型。其次,分别运用几何法和向量传递法解决了筒⒘6杂啥绕面机构的正解问题,运用杆长约束法解决了两种机构的反解问题。得到适合分析计算的显表达式解。分析两种机构的工作空间,绘制出工作空间的形状,讨论工作空间的评价指标,并绘制评价指标即工作空间的容量与无量纲化尺寸参数之间的关系图谱。通过对图谱的分析,讨论尺寸参数与工作空间的关系。用导数法求取两种机构的雅可比矩阵,结合运动学传递各项同性的定义,找到各项同性度与机构的尺寸参数之间的关系,绘制了机构的各项同性度图谱。根据图谱分析机构尺寸的取值,为设计机构的提供参考。在运动学问题基础上,本文还分析机构末端执行件的速度极值,并在机构的空间模型表示出来,直观地表示出了机构的尺寸参数对末端件速度极值的影响,讨论它们之间的变化关系。本文通过对空间和平面两种不同机构的研究,提供了以空间模型理论为基础的机构设计的一般性方法,并且较系统的论述了机构尺寸参数和机构性能之间的关系,为机构的设计提供了佐证和参考。关键词空间模型理论;运动学;工作空间;各项同性;速度极值
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第滦髀并联机器人机构的研究状况引言器入学的研究已经有一段历史,在研究的同时又不断刨新出新的研究方向。工业上常用的机器人,一般是由机座、腰部蚣绮、大小臂、腕部及手部构成的。大小臂之间以串联方式联接,这样的机构就是通常的串联机器的机器人,在单位空间有很高灵活性的机器人,日本的魅说取=甘昀矗⒘;魅薎成为国际上研究的新热点,并联机构是机器入学的一个新的分支,并联机构的兴起和发展既是现代科技发展和实际应用需要的结果,也与新的研究思想和数学概念的不断引入串联机器人有着活动空间大、控制容易、成本低等优点。虽然并联机器人活动空间小,灵活性低,但并联机器人却有着以下优点或特性。第一,并联机器人其末端平台由凡个并联的支链分别支承,并且在准静态情况下,传动件只承受拉力和压力,与串联机器人的悬臀梁相比,刚度和承载能力都是比较好的。第二,与传统的串联机器人机构相比,由于本身结构上的特点,并联机器人机构更容易实现多自由度,可以是空间的自由度,也可恶化,而并联机器人很容易将电机置于机座上,减小了运动负荷。第四,串联机器人的末端执行件的误差是由各个关节误差积累和放大的,因此误差大而精度低,而并联机器人机构则没有那样的误差积累和放大,误差小机器人的出现充分体现人类的创造力,是人类智慧的结晶。人类对机人。就已取得的研究成果来看,这种结构的机器人有很多种型式,如美面内的自由度。第三,串联机器人的驱动电机及传动系统大多放在运动着的操作臂上,这样就增加了运动惯性,使机器人机构的动力学性能精度高;第五,在位置求解上,串联机构正解容易,但反解很复杂,而并联机构却恰恰相反,正解很困难而反解秩菀祝捎诨魅说脑谙呤凳
控制是要计算反解的,这样并联式机器人机构比串联式机器人机构更容易实现控制。第六,并联式机器人机构结构灵活,减少了工件的装卡次数,其重要优点就在于更换末端执行件就可以在单机上实现多种数控作业,这为现场的实际加工操作提供了很大的方便。综合以上论述,我们可以看出并联式机构和串联式机构有着鲜明的对比。某种意义上说它们的优缺点是互补的。由于并联机器人机构本身的这些特点,决定了它主要适用于高刚度或高速度而无需很大工作空间的领域,在这些领域里并联机构比串联机构越来越受青睐【。暧貌⒘;股杓频挠美醇觳饴痔サ幕梗瑂赵年的论文中论述的机构,就是著名的“教ā薄7尚心D馄饕成为并联机构的较早应用方向,如图尽O衷谠诓⒘;魅肆煊颍“教ɑ埂奔负醭晌7尚心D馄鞯拇省可以说在年代初以前并联机器人机构主要应用于飞行模拟器和机械手的并联机床臂的研究上,并联机器人机构在工业上一个很突出的应用就是年代问世殖莆P槟庵峄睵S氪车氖机床相比,并联数控机床结构简单、刚度大、质量轻、切削效率高、成本低,很容易实现五轴联动,因而能加工复杂的三维曲面。并联式数控机床目前已经成为机器人技术、数控技术等多学科交叉的研究热点。很多国家燕山大学工学硕士学位论文尚心D馄图
——一一一一一———‘一椭軫研制的并联机床果,