伸缩杆—滑块式并联机器人静力学及运动学性能研究

摘要

该文介绍了一种新颖的伸缩秆—滑块式并联机床,并对其机构组成、自由度、运动学、静力学及运动学性能进行了基础性的研究.以下是该文的具体工作: 1)该文首先综述了机器人的发展概况及发展趋势,简述了并联机器人的特点、应用及国内外发展现状,并指出了该课题的意义; 2)分析了并联机构的机构组成,然后利用螺旋理论对该机构的自由度进行了分析计算,从中可以证明机构具有三个平动方向的运动自由度: 3)运动学部分 a) 根据并联机构的结构求出了并联机器人的运动学正逆解方程,由运动学正解方程导出其雅可比矩阵.由正逆解方程及雅可比矩阵可得出结论:该机器人的运动学正逆方程求解简单、表达式为显式、其雅可比矩阵在工作空间内不存在奇异点;b)求出一阶运动影响系数,并对该并联机构的速度进行了计算及仿真分析,由仿真结果我们可以看出并联机构在工作空间内速度变化无突变; 4)静力学部分a)根据虚功原理建立了并联机器人静力学正逆解方程,并运用MATLAB软件对其静力学特性进行了二维及三维仿真.此项仿真使得我们对该机器人在各种不同形式外力作用下的静力学特性有了详细的了解,仿真的结果同时也证明了其静力学方程推导的正确性;b)建立了机器人的柔度及刚度矩阵,并对刚度进行了计算机仿真,计算了平方柔度矩阵的特征值,并对运动平台的最小与最大变形进行了仿真; 5)通过对机构雅可比矩阵进行奇异值分解,建立并推导了并联机构的运动学灵巧性指标,并利用这些指标对该并联机器人及东北大学于1997年研制的3-TPT三杆并联机器人的运动学性能进行了评定.由所得结果我们可得出结论:这两种并联机器人的运动学性能较好,均是具有实用价值的机器人机构.

目录

文摘

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第1章绪论

1.1机器人的特点及其发展概况与发展趋势

1.1.1机器人的特点

1.1.2机器人的发展概况与发展趋势

1.2并联机器人技术

1.2.1并联机器人的特点

1.2.2并联机器人的应用及国内外研究状况

1.3本课题的意义及主要研究工作

1.3.1本课题的意义

1.3.2本课题的主要研究工作

第2章伸缩杆-滑块式并联机器人的结构分析

2.1三自由度并联机构

2.2伸缩杆-滑块式并联机器人的结构形式

2.3伸缩杆-滑块式并联机构的自由度

第3章伸缩杆-滑块式并联机器人的运动学分析

3.1引言

3.2伸缩杆-滑块式并联机器人运动学方程的建立

3.3雅可比矩阵

3.4运动影响系数及速度分析

3.4.1影响系数

3.4.2并联机构的速度

3.5本章小结

第4章伸缩杆-滑块式并联机器人静力学分析

4.1引言

4.2静力学方程的建立

4.3末端执行器与各杆件的受力仿真分析

4.3.1静力学正解仿真

4.3.2静力学逆解仿真

4.4刚度和柔度

4.4.1刚度矩阵与柔度矩阵

4.4.2柔度矩阵与终端最大、最小变形

4.4.3刚度仿真分析

4.5本章小结

第5章运动学性能指标的建立

5.1引言

5.2运动灵巧性分析

5.2.1雅可比矩阵的奇异值分解

5.2.2条件数指标

5.2.3可操作性(可操作度)

5.3应用上述指标评价3-TPT型并联机构

5.3.1 3-TPT型并联机构运动学方程及雅可比矩阵

5.3.2机构运动学性能分析

5.4本章小结

第6章结论与建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

致 谢