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并联机器人因其独特的性能获得了广泛的应用,为了满足不同工作条件的要求,人们提出了多种形式的并联机器人机构,从运动链形式上看,可以分为杆支撑并联机器人和绳牵引并联机器人。在总结两种并联机器人特点的基础上,浙江工业大学提出了一种新型钢带并联机器人。钢带并联机器人具有工作空间大、运动速度及加速度快、体积小、质量轻、控制策略简单及忽略弹性变形等优势。因此,钢带并联机器人存在广阔的应用领域。
钢带并联机器人独特的传动和支撑结构决定了其理论分析具有很多特殊之处。本文主要基于钢带并联机器人机构,对运动学及工作空间进行研究。
基于特殊工艺处理的钢带相当于二力杆的性质,钢带并联机构与杆支撑并联机构具有相似的运动学模型。位置正解分析采用以瞬时速度为逼近方向的逼近法,该逼近法基于矢量叉乘积法来建立位置正解方程;本文对该方法进行了完善及改进,可以直接求得动平台的位姿。同时,运动控制系统正是基于该方法实现对动平台运动的控制。然后,依据刚体运动学原理,采用影响系数法推导出了钢带并联机器人的速度和加速度正反解模型,得出的仿真结果与钢带并联机器人的实际运动相符合。
钢带并联机器人的一个显著特点是其工作空间受载荷的影响,因此,将其工作空间分为两种情况--零载荷工作空间及载荷作用下的工作空间。在分析钢带长度及夹紧装置安装角度对工作空间影响的基础上,采用搜索法研究零载荷情况下的工作空间。然后,在求解零载荷工作空间的两个约束条件基础上,加入失稳极限位置为第三个约束条件,提出了有载荷工作空间的分析方法。
最后,基于已搭建好的运动控制平台,将运动控制系统分为执行模块、信息采集模块、测试模块及保护模块,对每个模块的具体功能进行了说明;并给出了位置逆解在运动控制平台实现的过程及代码。