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并联机器人机构作为一类机器人操作机构,其输出终端具有高精度、高刚度、高速度的突出优点,引起了国内外专家学者的普遍关注。目前在并联机器人研究中,3、6自由度占80%,而4、5自由度只占了9.5%,实际上在工业应用中4、5自由度的并联机器人由于结构简单、控制简便、造价低并能够满足许多少于6自由度应用场合的要求,有着极为广泛的应用前景,目前已经成为机器人研究的一个新热点。本文以1T3R四自由度并联机器人为研究对象,首先从可用于设计1T3R四自由度并联机器人的运动支链中,利用少自由度并联机器人拓扑结构设计的一般方法和步骤,通过组合不同的运动支链进行对称结构和非对称结构的1T3R并联机器人拓扑结构设计。论文以可应用于并联机床和医疗器械,特别适合用作外科内窥镜的1-PS-3-SPS并联机器人为研究对象,选择主动副的个数和施加位置。其次,在求解出并联机器人的反解方程的基础上,采用基于结构参数约束的总空间搜索方法,利用MATLAB得出结构参数的变化与总工作空间的关系,并提出一种方便快捷的1-PS-3-SPS构型的结构参数设计准则;以并联机器人Jacobean矩阵为基础,采用基于条件数约束的灵活工作空间的搜索方法,得出结构参数的变化与灵活工作空间的关系。再次,选择使工作空间最大的结构参数比例,根据实验装置的设计要求,对并联机器人的各零部件进行结构设计,并解决包括局部自由度、小杆的无法控制的转动、滑动球铰链刚度与摆角范围矛盾等设计中存在的问题,从结构设计上使工作性能更优;在三维参数化软件UniGraphics中进行整机装配,并检验各零部件间的装配关系。最后,在保证其零部件质量、质心位置、惯性矩不变的情况下建立参数化模型,在运动学、动力学分析软件ADAMS中对其进行运动学、动力学仿真分析,利用ADAMS的仿真和后处理功能观察和监控各构件间的干涉情况和铰链的转角约束情况;研究多个参数的变化对并联机器人球铰链受力情况的影响,获得最优化的结构参数。本文研究工作得到了国家级新世纪教育教学改革项目“机械基础理论教学与实践教学综合改革的研究与实践”子项目“并联机器人实验装置的研制”的资助。