过约束机构与欠秩并联机器人机构研究

摘要

该文首先,作为解析法运动分析的基础知识,引入一种较为实用的空间机构活动度计算方法,介绍了一般6R串联机械手逆运动求解方法,为过约束研究打下了扎实的理论基础.其次,对过约束机构的定义、分类及研究方法进行了系统、全面的讨论.指出过约束机构存在条件包括过约束条件与封闭条件.然后,详述了过约束机构的某些规律性,提出了描述过约束机构拓扑对称性的一种新方法,强调机构对称性可以是各种参数之不同拓扑对称性的组合,从而有利于发现过约束机构的存在条件及某些输入-输出规律.接着,给出了与一般过约束回路相应的欠秩单开链结构类型及其运动输出特性;以单开链为单元,揭示了并联机器人机构结构组成的某些规律,提出一些新概念（如欠秩并联机构与欠秩单开链、广义运动副等）,给出了并联机构运动输出矩阵与单开链支路输出矩阵间的运算关系,从而提出了基于单开链单元的欠秩并联机器人机构型综合理论与方法;再次,基于机构结构组成理论,揭示了机构运动解耦特性与机构活动度类型及其判定准则之间的内在联系.最后,对一类新综合出的并联机器人机构进行了运动学特性分析.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究对象及意义

1.2研究现状

1.2.1过约束机构

1.2.2欠秩并联机器人机构

1.3本论文主要研究内容

第二章基础知识

2.1空间机构活动度方程

2.2空间机构运动学基础

2.2.1运动分析数学方法

2.2.2空间运动链结构描述

2.2.3矢量代数法

2.2.4矩阵法

2.2.5回路封闭方程

2.3一般6R串联机械手运动学逆解

2.3.1 Lee-Liang矢量代数法

2.3.2 Raghavan-Roth矩阵法

2.4小结

第三章过约束机构分析

3.1概述

3.1.1过约束机构定义与分类

3.1.2过约束机构研究目的与内容

3.1.3过约束研究方法综述

3.2五杆回路过约束分析

3.2.1基本原理

3.2.2 Myard机构过约束分析

3.2.3R//R-P-P-P机构过约束分析

3.3六杆回路过约束分析

3.3.1基本原理

3.3.2 Bricard三面体机构过约束分析

3.4小结

第四章过约束机构综合

4.1过约束机构的某些规律性

4.1.1对称性

4.1.2 Bennett基底性

4.1.3混合性

4.1.4 Hunt三定理

4.2基于单开链运动相容性的机构综合

4.2.1基本原理

4.2.2 4R过约束机构综合

4.2.3 4R2P过约束机构综合

4.3基于相关性过约束判据的机构综合

4.3.1基本原理

4.3.2 4R2P过约束机构再综合

4.4小结

第五章相应于一般过约束回路的欠秩单开链类型

5.1单开链的运动输出特性

5.2相应于一般过约束回路的欠秩单开链结构类型

5.3小结

第六章基于单开链单元的欠秩并联机器人机构型综合

6.1概述

6.2理论基础

6.2.1并联机构的结构组成原理

6.2.2并联机构运动输出矩阵

6.2.3单开链支路的结构类型及其运动输出特性

6.2.4并联机构运动输出矩阵的确定

6.2.5单开链支路的约束度与多回路机构的耦合度

6.2.6含虚约束的活动度方程

6.2.7主动副选定准则

6.2.8消极运动副判定准则

6.2.9广义运动副

6.3基于单开链单元的欠秩并联机构型综合步骤

6.4三平移并联机器人机构型综合

6.5三平移一定向转动并联机器人机构型综合

6.6三平移两定向转动并联机器人机构型综合

6.7小结

第七章解耦并联机器人机构型综合

7.1并联机构运动输入—输出的解耦性

7.2并联机构的尺度解耦

7.3活动度类型及其判定

7.4并联机构的拓扑解耦

7.5拓扑解耦并联机构型综合基本原理与方法

7.6一平移两定向转动解耦并联机器人机构型综合

7.7小结

第八章解耦欠秩并联机器人机构位移分析

8.1一类三平移尺度解耦并联机器人机构的位移分析

8.1.1{R/R/C}//R{R//R//C}T{R//R//C}型三平移机构的位移分析

8.1.2{□//R//R//C}//{□//R//R//C}T{□//R//R//C}型三平移机构的位移分析

8.1.3三平移尺度解耦并联机器人机构位移特性比较

8.2一平移两转动尺度—拓扑解耦并联机构位移分析

8.3小结

结论

附表A对称过约束机构

附表B 4R过约束机构

附表C 5R过约束机构

附表D 6R过约束机构

参考文献

发表论文及申请专利情况

致谢