【摘 要】
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并联机器人在需要高刚度、高精度和大载荷但无需很大工作空间的领域内得到了广泛应用,对于并联机器人的高精度控制是当前机械学科发展的关键技术,而动力学分析为并联机器人的精准控制提供了理论依据。使用合适的基础理论对动力学模型的建立及利用现代计算机进行解算,有着十分重要的意义。本文依托于项目组的课题,设计了一种三自由度的3-PRS并联机器人,完成对空间内物体的拾取任务。针对此并联机构结合旋量理论进行了运动学
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并联机器人在需要高刚度、高精度和大载荷但无需很大工作空间的领域内得到了广泛应用,对于并联机器人的高精度控制是当前机械学科发展的关键技术,而动力学分析为并联机器人的精准控制提供了理论依据。使用合适的基础理论对动力学模型的建立及利用现代计算机进行解算,有着十分重要的意义。本文依托于项目组的课题,设计了一种三自由度的3-PRS并联机器人,完成对空间内物体的拾取任务。针对此并联机构结合旋量理论进行了运动学和动力学特性分析,并对包含柔性杆件的并联机器人进行了动力学建模与分析。主要研究内容如下:（1）建立3-PRS并联机器人三维模型,简要分析其结构。结合旋量理论对并联机构的单支链进行运动学建模,结合坐标变换矩阵得到其余支链的运动学模型,对整机运动学模型进行装配。利用传统数学方法,对3-PRS并联机器人的雅可比矩阵进行求取。基于螺旋运动方程,利用旋量与运动反螺旋,对3-PRS并联机器人的雅可比矩阵进行求取,对比说明旋量方法的优越性。结合利用旋量方法求得的雅可比矩阵对3-PRS并联机器人的奇异位形进行分析。利用MATLAB中的Sim Mechanics工具对3-PRS并联机构建立仿真模型,并进行计算。将软件仿真得到的机构末端执行器位形数据与所建立的运动学模型的计算结果进行对比,验证模型的正确性。（2）介绍结合旋量理论的凯恩方程,分析并联机器人的动力学研究方法。利用结合旋量的凯恩方程,对3-PRS并联机器人的单支链结构进行广义主动力、广义惯性力的求取,并建立单支链动力学模型。利用坐标变换矩阵,建立其余支链的动力学模型,并对整机动力学模型进行建立。利用数值计算软件,对所建立的动力学模型进行数值仿真,求取相关参量,并进行分析。利用Adams软件对3-PRS并联机械臂进行仿真,通过对比数学模型与软件的仿真结果验证模型的正确性。（3）利用有限元法和拉格朗日方程建立含柔性杆件的3-PRS并联机器人的弹性动力学方程。将并联机器人中的柔性杆件划分单元,建立单元动能和变形能的模型,分析各单元之间的关系,利用拉格朗日方程建立单元的动力学方程。分析单元、支链之间的关系,结合并联机器人系统的运动学约束条件和动力学约束条件,将支链的弹性动力学方程装配,从而得到该柔性系统的弹性动力学方程。利用数值计算软件对弹性动力学方程进行编程计算。分析3-PRS并联机器人的运动学特性、动力学特性及其与相关基本参量的变化关系。
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