混联式切削机器人方案创成及其并联机构运动分析

摘要

本论文针对混联式切削机器人设计,主要研究了并联机构、机器人总体方案设计、并联部分的运动学分析和虚拟样机仿真等问题。在对国内外少自由度并联机构的构型和设计研究现状进行详尽的论述后分析了一种3自由度并联平动机构,在此基础上提出了一种新型的平面2自由度并联平动机构,并探讨了这种机构的运动学和机构设计问题,包括位置正逆解、速度雅可比矩阵、奇异位置、工作空间以及灵巧性性能指标等等,研究了基于工作空间和灵巧性性能指标基础上的机构尺度综合问题；研究了切削机器人运动功能的创成方法和结构方案设计,建立了切削机器人与工件、环境之间关系的数学模型,通过分析运动功能矩阵的特征,得出运动功能方案,并采用此方法设计了3自由度混联式切削机器人；最后用ADAMS软件进行了混联式切削机器人的虚拟样机仿真实验,包括其并联机构位置正解、位置逆解、被动关节角和作业空间等仿真,验证了论文解析结果的正确性和总体设计方案的可行性。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 立题背景及意义

1.2 机器人研究概况

1.3 并联机构的特点及应用

1.4 混联机构

1.5 虚拟样机技术

1.6 本论文研究的主要内容

2 一种平面3自由度并联机构的分析

2.1 并联机器人

2.2 并联机构运动学理论及研究方法

2.3 并联机器人自由度配置

2.4 一种平面机构的组成及自由度分析

2.5 平面并联机构运动学分析

2.5.1 运动学逆解

2.5.2 运动学正解

2.5.3 速度和加速度分析

2.5.4 奇异性分析

2.5.5 可操作性分析

2.6 工作空间分析

2.6.1 基于工作空间的机构参数计算

2.6.2 作业空间处于上下固定平台之内

2.6.3 作业空间处于上下固定平台之外

2.7 小结

3 一种新型平面2自由度并联机构分析

3.1 新型平面机构描述

3.2 新型平面机构运动学分析及性能分析

3.3 驱动力计算

3.4 被动关节求解

3.5 新型平面二自由度并联机构的尺度综合

3.5.1 基于工作空间的杆件参数的初步确定

3.5.2 利用数值法求解机构的作业空间

3.5.3 基于可操作性的尺度分析

3.6 算例

3.7 并联机构实际应用形式

3.8 小结

4 机器人运动功能创成及方案设计

4.1 运动功能创成设计原理

4.1.1 切削机器人工作原理

4.1.2 工件表面的形成方法

4.1.3 工件与刀具间关系数学模型

4.2 运动功能创成式设计方法

4.3 机器人运动功能分配设计

4.4 切削机器人结构布局方案设计

4.5 切削机器人总体方案设计实例

4.5.1 设计任务

4.5.2 运动功能方案的设计

4.5.3 总体方案的生成

4.6 小结

5 机器人虚拟样机仿真实验考核及对比分析

5.1 本文用到的ADAMS软件模块

5.2 虚拟样机仿真分析基本步骤

5.3 PRo/E向ADAMS的数据转换

5.3.1 定义刚体

5.3.2 添加标记

5.3.3 模型文件输出

5.3.4 在ADAMS中进一步完善模型

5.4 ADAMS进行虚拟样机的运动学仿真实验及对比

5.4.1 应用点驱动确定执行端的运动轨迹

5.4.2 运动学逆解仿真分析

5.4.3 运动学正解仿真分析

5.4.4 速度仿真分析

5.4.5 被动关节角仿真分析

5.5 基于柔性体的ADAMS的受力仿真分析

5.5.1 ADAMS中使用柔性体仿真分析

5.5.2 模态中性文件的生成

5.5.3 实例1-并联机构为三角架结构时受力分析

5.5.4 实例2-并联机构为平面结构时受力分析

5.6 小结

6 全文总结

致谢

参考文献

在攻读硕士期间发表的论文