3-RRRT并联机器人运动学和动力学建模

摘要

本文以3-RRRT并联机器人为研究对象，主要涉及内容有3-RRRT并联机器人的运动学正反解，奇异位形分析和逆动力学建模。根据该并联机构的结构特点，利用矢量法建立了解析形式的运动学方程，得出了该并联机构的每个支链的逆运动学有4个反解，因此机器人具有64组反解；采用数值方法给出了该并联机构的运动学正解。在3-RRRT并联机器人运动学的基础上，运用求导法得出了该并联机构的Jacobian矩阵。基于Jacobian矩阵的可逆性，研究了该并联机构的正、逆运动学奇异问题。同样运用求导法建立了3-RRRT并联机器人连杆Jacobian矩阵。以Jacobian矩阵和连杆Jacobian矩阵为基础，对3-RRRT并联机器人的各转动副的速度进行分析。随后，对Jacobian矩阵方程和连杆Jacobian矩阵方程进行求导，从而对该机构各转动副的加速度进行分析。在此基础上，利用拉格朗日乘子法推导了该并联机构的逆动力学方程。本文所有的仿真算例都是由MATLAB软件得出。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1 概述

1.2 并联机构的应用

1.3 国内外并联机器人的研究现状

1.3.1 并联机器人运动学的研究现状

1.3.2 并联机器人奇异位形的研究现状

1.3.3 并联机器人动力学的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第二章 3—RRRT并联机器人运动学

2.1 引言

2.2 3—RRRT并联机器人机构分析

2.2.1 3—RRRT并联机器人机构描述

2.2.2 3—RRRT并联机器人的自由度

2.3 3—RRRT并联机器人的运动学分析

2.3.1 3—RRRT并联机器人位置反解分析

2.3.2 3—RRRT并联机器人位置反解的数值算例

2.3.3 3—RRRT并联机器人位置正解分析及数值算例

2.4 小结

第三章 3—RRRT并联机器人奇异位形分析

3.1 引言

3.2 3—RRRT并联机器人雅克比矩阵

3.3 3—RRRT并联机器人奇异位形分析

3.3.1 正运动学奇异位形问题

3.3.2 逆运动学奇异性问题

3.3.3 构型奇异性问题

3.4 小结

第四章 3—RRRT并联机器人速度和加速度分析

4.1 引言

4.2 3—RRRT并联机器人速度分析

4.2.1 3—RRRT并联机器人各个支链第一转动副的角速度分析

4.2.2 3—RRRT并联机器人各个支链第二转动副的角速度分析

4.2.3 3—RRRT并联机器人各个支链第三转动副的角速度分析

4.3 3—RRRT并联机器人加速度分析

4.3.1 3—RRRT并联机器人各个支链第一转动副的角加速度分析

4.3.2 3—RRRT并联机器人各个支链第二转动副的角加速度分析

4.3.3 3—RRRT并联机器人各个支链第三转动副的角加速度分析

4.4 数值算例

4.5 小结

第五章 3—RRRT并联机器人动力学分析

5.1 引言

5.2 拉格朗日乘子法

5.3 3—RRRT并联机器人广义坐标的选取

5.4 3—RRRT并联机器人各构件的线速度

5.4.1 3—RRRT并联机器人动平台和各杆件的线速度

5.5 3—RRRT并联机器人的动能和势能

5.5.1 3—RRRT并联机器人动平台的动能和势能

5.5.2 3—RRRT并联机器人各杆件的动能和势能

5.6 3—RRRT并联机器人的总动能、总势能及拉格朗日函数

5.6.1 3—RRRT并联机器人的总动能

5.6.2 3—RRRT并联机器人的总势能

5.6.3 3—RRRT并联机器人的拉格朗日函数

5.7 3—RRRT并联机器人的拉格朗日函数的偏微分

5.8 3—RRRT并联机器人的约束方程

5.8.1 3—RRRT并联机器人约束方程一

5.8.2 3—RRRT并联机器人约束方程二

5.8.3 约束方程对广义坐标的偏微分

5.9 3—RRRT并联机器人逆动力学

5.10 数值算例

5.11 小结

第六章 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢