三维平动球平台机器人和Stewart型六维力传感器关键技术

摘要

提出一种新型三维平动球平台并联机器人，这种机器人是DELTA机器人的一种变异形式。该新型机器人运动平台无过约束，具有较好的各向同性和结构与装配工艺性，在微动机器人、并联机床和振动环境模拟台等领域有广阔的应用前景。 结合新型三维平动球平台并联机器人结构布局特点，建立其位置正反解方程式，分析其工作空间及其影响因素，建立其运动学/力学传递方程并定义其运动学/力学传递评价指标，这些评价指标具有明确的物理意义，并以等值线的形式给出这些评价指标在工作空间内的分布情况。 以三维平动球平台并联机器人机构为原型，设计一种新型机械式振动试验台，分析试验台的变形与力关系，基于变形与力关系方程，提出该振动试验台多项柔度评价指标，定义柔度工作空间并绘制柔度工作空间截面图。该种试验平台可以应用到对机电产品、元件进行耐振强度和耐振稳定性试验或模拟其它振动环境的各种场合。 提出Stewart型机器人六维力传感器抗噪性能评价指标，应用空间模型理论研究传感器结构尺寸对其抗噪性能评价指标的影响规律。研制Stewart型机器人六维力传感器样机(Ⅱ代)，在自制的专用标定装置上，对传感器进行静态标定与解耦试验。试验结果计算表明该力传感器解耦性良好，测量精度能达到2％F.S.。 本文的研究成果为新型三维平动球平台并联机器人的设计和Stewart型机器人六维力传感器的产业化奠定了理论与实验基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1并联机器人概述

1.2并联机器人的应用

1.3选题意义与课题的来源

1.4报告的主要研究内容

第二章三维平动球平台并联机器人位置与工作空间分析

2.1三维平动球平台并联机器人结构布局特点

2.2位置分析

2.2.1位置反解

2.2.2位置正解

2.3工作空间

2.3.1结构约束

2.3.2工作空间分析

2.4本章小结

第三章球平台并联机器人运动学/力学分析基础

3.1球平台机器人的运动学传递性分析

3.1.1运动学传递方程

3.1.2运动学传递性评价指标的定义与分布

3.2球平台机器人的力学传递性分析

3.2.1力传递方程

3.2.2力传递性评价指标的定义与分布

3.3本章小结

第四章三维平动机械式振动试验台的设计与分析

4.1机械式振动试验台的设计

4.1.1振动试验台结构特点简介

4.1.2初始装配位姿的选择与工艺性

4.2振动试验台受力变形分析

4.3柔度评价指标与柔度工作空间

4.3.1柔度评价指标

4.3.2柔度工作空间

4.4本章小结

第五章Stewart型六维力传感器的抗噪设计与标定

5.1 Stewart型六维力传感器设计基础

5.1.1传感器结构特点及测量原理简介

5.1.2传感器结构参数

5.2六维力传感器抗噪性能分析

5.2.1噪声传递分析

5.2.2抗噪性能评价指标

5.3抗噪性能图谱与参数设计

5.4 Stewart型六维力传感器标定试验

5.4.1标定装置

5.4.2标定与解耦试验

5.5十二维力/加速度机器人腕传感器简介

5.6本章小结

结论

参考文献

在站期间取得的学术成果

致谢

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