基于球面机构的肩关节的分析与设计

摘要

本文对一种基于球面三自由度并联机构的拟人机械手臂的肩关节进行了分析与设计。给出设计思想，表明球面三自由度并联机构适合作为拟人机械手臂的肩关节。运用球面解析理论分析了球面机构的位置正反解，并举例说明输入和输出之间的关系。定义了全域角速度精度传递评价指标和全域力矩精度传递评价指标，并绘制出球面机构的四个设计参数与各性能指标之间的关系图。研究了不同设计参数下工作空间的截面分布情况，并定量分析了设计参数对工作空间大小的影响。以各性能指标、工作空间以及组装条件为依据，确定机构参数，设计出一种基于球面并联机构的拟人机械手臂的肩关节，并进行了运动学仿真，且将仿真分析结果与理论计算结果进行了比较。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1概述

1.2并联机器人的国内外发展状况

1.3球面三自由度并联机构的国内外发展状况

1.4选题意义与课题来源

1.5本论文的主要研究内容

第2章肩关节机构原型

2.1概述

2.2设计思想

2.3肩关节机构原型简介

2.3.1坐标系的建立

2.3.2基本结构参数

2.3.3自由度的计算

2.3.4组装条件

2.4本章小结

第3章肩关节的位置分析

3.1概述

3.2位置反解

3.2.1中间各转轴的方向余弦的求解

3.2.2运动平台各转轴的方向余弦的求解

3.2.3位置反解

3.3位置正解

3.3.1运动平台各转轴的方向余弦的求解

3.3.2位置正解

3.4算例

3.5本章小结

第4章肩关节的运动学和力学传递性能分析

4.1概述

4.2运动学传递性能分析

4.2.1雅可比矩阵的求解

4.2.2运动学传递性能评价指标

4.3力学传递性能分析

4.3.1力雅可比矩阵的求解

4.3.2力学传递性能评价指标

4.4本章小结

第5章肩关节的工作空间分析

5.1概述

5.2工作空间分析

5.2.1约束分析

5.2.2工作空间形状分析

5.2.3设计参数对工作空间的影响

5.3本章小结

第6章肩关节的样机设计

6.1概述

6.2肩关节的参数确定

6.3肩关节的样机设计

6.3.1肩关节的初步建模

6.3.2转动副中心的分布对传递性能的影响

6.3.3肩关节的试验模型

6.3.4肩关节设计方案的确定

6.4肩关节的仿真分析

6.5本章小结

结论

附录1:输入与输出之间关系的部分数据

附录2：全域角速度精度传递指标的部分数据

附录3：全域力矩精度传递指标的部分数据

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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