基于虚拟样机技术的6-SPS并联机器人运动学和动力学的研究及参数优化

摘要

6-SPS并联机器人具有结构刚度大、承载能力强、运动精度高、位置反解简单等优点，不仅应用在各个领域，也是国内外学者研究的热点，其运动学和动力学及优化对机器人及其控制的研究提供了主要的理论意义。
　　 本文在传统Stewart平台的基础上，进行了结构改进，设计出结构对称的6-SPS并联机器人结构，利用MATLAB软件绘制出考虑杆件干涉与否的并联机器人的工作空间，提出影响工作空间体积的工作体积影响因子。论文重点研究了应用虚拟样机技术求解并联机器人运动学的正逆解，在动平台末端中点添加点驱动，直接测量6根杆件的位移～时间曲线得到运动学逆解。利用ADAMS/View提供的强大后处理功能，把测量杆件的轨迹曲线转化成样条曲线函数后作为已知的函数加在移动副上，然后测量动平台末端轨迹曲线，得到运动学正解。对机构进行速度和受力分析，得出二者之间存在着对偶关系。接着根据虚功原理分析机构算出虚位移矢量，在运动学的基础上研究结构的动力学，列出多刚体系统拉格朗日动力学方程，仿真并绘制了各个杆件的力、力矩、速度、加速度曲线图，能直观地看到各杆件的运动情况。
　　 最后，选择结构的关键结构点作为参数化设计变量，以驱动杆件输出的最大驱动力为目标函数，进行多次重复优化设计试验，得到了驱动力的最大值，和取得最大值时的参数点。不仅优化了机构性能，还优化了机构。