基于大行程柔性铰链的精密并联机器人研究

摘要

为满足人类向微观世界探寻的需要，微操作机器人近年来成为机器人领域中的重要分支。很多微操作场合不仅要求机器人具有高重复精度和高分辨力，同时还要求其具有工作范围大、质量轻、能耗低等特点，从而对机器人结构的设计提出了更高的要求。本文结合国家自然科学基金计划项目“用于纳米操作的6自由度3-PPSR微动机器人”，在广泛分析目前已有的并联精密定位系统的基础之上，针对目前大范围运动定位与高精度定位应用的实际需要，研究一种基于大行程柔性铰链的3支链6自由度3-PPSR精密并联机器人。
　　针对3-PPSR精密并联机器人的结构特点，在建立其位置逆解方程的基础上，通过坐标变换获得各支链柔性铰链处的角位移方程，获得了各主要尺寸参数对柔性铰链角位移的影响，为柔性铰链设计奠定基础。
　　针对精密并联机器人大行程和高精度要求，在分析传统铰链类型的基础上，提出了应用于3-PPSR精密并联机器人的大行程柔性铰链。分别建立了柔性球铰和单自由度柔性旋转铰的刚度模型，分析了各铰链参数对其刚度的影响，并通过有限元分析了大行程柔性铰链的特点。
　　在基于大行程柔性铰链的精密并联机器人设计方面，从满足工作空间并使铰链位移量最小的角度设计了机器人关键尺寸参数，并依据大行程柔性铰链刚度模型设计了柔性铰链了参数。对机器人进行了刚度和模态分析，说明了此类型机器人的特点。
　　采用压电马达和高分辨率光栅尺构成半闭环控制系统，对基于大行程柔性铰链的3-PPSR精密并联机器人的重复性精度和运动分辨率进行了测试。实验结果表明，3-PPSR精密并联机器人的各项指标均达到设计要求。最后分析了驱动控制系统、传动系统和测量系统中的误差来源，为基于大行程柔性铰链的精密并联机器人的进一步研究提供参考。

目录

基于大行程柔性铰链的精密并联机器人研究

RESEARCH ON THE PRECISION PARALLELROBOT BASED ON WIDE-RANGE FLEXUREHINGES

摘要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题主要研究的内容

第2章 3-PPSR精密并联机器人铰链角位移分析

2.1 引言

2.2 3-PPSR精密并联机器人机构简介

2.3 3-PPSR精密并联机器人位姿描述与逆解计算

2.4 3-PPSR精密并联机器人铰链的角位移

2.5 机器人主要尺寸参数和柔性铰链角位移的关系

2.6 本章小结

第3章 大行程柔性铰链的建模与分析

3.1 引言

3.2 柔性铰链简述

3.3 大行程柔性铰链的建模

3.4 柔性铰链的有限元分析

3.5 本章小结

第4章 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人机构设计及分析

4.1 引言

4.2 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人结构设计

4.3 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人刚度有限元分析

4.4 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人模态分析

4.5 本章小结

第5章 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人控制系统及实验研究

5.1 引言

5.2 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人控制系统总体结构

5.3 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人控制软件

5.4 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人实验研究

5.5 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人误差分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

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致谢