类SCARA并联机器人机械臂动态分析与仿真

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  柔性并联机器人比传统的刚性并联机器人在重量轻、能耗小、精度高等方面更能显示出其优越性,与此同时,在高速度、高精度运作的情况下,柔性并联机器人杆件的振动对于动平台的位置误差、方向误差有重要影响。   固有频率反映了振动系统的动力学特性,基于固有频率的机械臂结构参数优化对提高柔性机械臂的动态性能起关键性的作用。   本文研究的是一种并联机构硅片搬运机器人,在机构构型分析、工作空间、及运动学动力学分析之后,分析了机械臂动态柔性特征,研究了柔性机械臂的动力学特性、振动微分方程、固有频率影响系数、尺寸优化及有限元模态仿真等关键技术,为柔性并联机器人的结构提供了有力的参考依据。   首先,针对并联机器人的机构特点,选择位移模式,建立弹性广义坐标,计算系统的弹性动能和弹性势能,通过Lagrange方程推导出系统的动力学方程。   其次,针对柔性并联机器人系统动力学模型的特点,建立振动微分方程,并求系统固有频率。由机构工作中频率特性考虑,固有频率越大,机械臂工作误差越小。然后,通过分析系统内各杆刚度和转动惯量对固有频率的影响对系统各参数进行优化设计。   最后,在ANSYS 环境下建模仿真,验证结构参数的正确可行性。进行瞬态动力学分析、模态分析,并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。   上述研究成果为解决机器人高速度和高精度操作时的结构优化问题以及如何有效控制弹性振动、得到动平台高速运转的动态特性奠定了理论基础,进一步完善了类 SCARA动平台可连续回转并联机器人的设计理论。
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