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1、
過約束五自由度混聯(lián)機器人機構(gòu)設計理論研究
具有兩移動一轉(zhuǎn)動自由度 (2T1R) 和兩轉(zhuǎn)動一移動自由度 (2R1T) 過約束并聯(lián)
機構(gòu) , 具有結(jié)構(gòu)簡單的特點 , 已成為少自由度并聯(lián)機構(gòu)中的研究重點。 基于 3 自由
度過約束并聯(lián)機構(gòu)所構(gòu)造的過約束 5 自由度混聯(lián)機器人 , 融合了串聯(lián)機器人工作
空間大、靈活性好以及并聯(lián)機構(gòu)剛度大、承載能力強的特點 , 被廣泛應用于空間
復雜曲面的零部件加工領域。
本文針對航空航天、汽車、船舶等領域復雜曲面加工任務要求 , 開展過約束
5 自由度混聯(lián)機器人機構(gòu)設計及理
2、論研究。主要研究內(nèi)容如下 : 借助螺旋理論對
組成少自由度并聯(lián)機構(gòu)的常用典型分支進行了約束分析 , 并按分支的平面與空間
運動特點對其進行分類 ; 在 2R1T并聯(lián)機構(gòu)中 , 其中具有 2 條連續(xù)轉(zhuǎn)軸的并聯(lián)機構(gòu)
運動解耦性好 , 使其運動學模型簡單 , 易于得到機構(gòu)的運動學解析解 , 故對轉(zhuǎn)動自
由度轉(zhuǎn)軸與分支結(jié)構(gòu)約束的關系進行分析 ; 對剛體繞 2 軸線連續(xù)轉(zhuǎn)動的情況進行
研究 , 旨在得到分支布置對運動副的影響。
對綜合出的 2T1R平面并聯(lián)機構(gòu) 3PRR進行結(jié)構(gòu)改進 , 增設 1 條 PRR分支 , 組成
驅(qū)動冗余
3、并聯(lián)機構(gòu)。 為增加了機器人的可研究性 , 對機構(gòu)動平臺拆分設計 , 使其成
為易于實現(xiàn)變胞機構(gòu)的運動冗余平面并聯(lián)機構(gòu) , 機構(gòu)的變胞性有助于實現(xiàn)機構(gòu)運
動冗余和驅(qū)動冗余模式的切換。
基于得到的 2PRR~2+R平面并聯(lián)機構(gòu)構(gòu)造出新型 5 自由度混聯(lián)機器人構(gòu)型 ,
并對其并聯(lián)部分進行了系統(tǒng)的運動學、動力學及剛度分析 , 基于靈活性指標完成
了機構(gòu)的尺寸優(yōu)化 , 對機構(gòu)分支進行了結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化和機械結(jié)構(gòu)設計并完成樣機
研制。根據(jù) 2R1T并聯(lián)機構(gòu)轉(zhuǎn)動自由度轉(zhuǎn)軸位置 , 對 2R1T并聯(lián)機構(gòu)進行分類 , 給出
構(gòu)造 5
4、自由度混聯(lián)機器人構(gòu)型原則 , 然后基于綜合出的具有 2 條連續(xù)轉(zhuǎn)軸的
2RPU/UPR并聯(lián)機構(gòu) , 給出 5 自由度混聯(lián)機器人構(gòu)型方案。
根據(jù)機構(gòu)的轉(zhuǎn)軸性質(zhì) , 提出構(gòu)造混聯(lián)機器人等效串聯(lián)模型法 , 借助混聯(lián)機器
人的等效串聯(lián)模型 , 對機構(gòu)進行了位置、 速度和加速度正反解分析 ; 基于運動學模
型對混聯(lián)機器人進行了動力學分析、剛度分析和仿真驗證 ; 提出驅(qū)動力穩(wěn)定性性
能指標 , 結(jié)合力傳遞性和動平臺轉(zhuǎn)動能力性能指標 , 對 2RPU/UPR并聯(lián)機構(gòu)進行了
尺寸優(yōu)化。最后 , 基于理論分析結(jié)果完成 5 自由度混聯(lián)機
5、器人的結(jié)構(gòu)設計和樣機
研制。
在 2R1T位置型 2UPU/SP并聯(lián)機構(gòu)基礎上 , 串接 2 自由度 AC調(diào)姿頭 , 組成 5
自由度混聯(lián)機器人。分析了 2UPU/SP并聯(lián)機構(gòu) 2 轉(zhuǎn)軸的性質(zhì) , 結(jié)果顯示該機構(gòu)具
有 2 條順序連續(xù)轉(zhuǎn)軸 ; 建立了 2UPU/SP并聯(lián)機構(gòu)的運動學和動力學模型 , 并對其進
行了仿真驗證 ; 基于運動 / 力傳遞功率性能指標并綜合考慮規(guī)劃的工作空間 , 確定
了 2UPU/SP并聯(lián)機構(gòu)關鍵尺寸 ; 最后 , 建立了 2 種分支形式的 5 自由度混聯(lián)機器人三維模型 , 并列出混聯(lián)機器人模塊化配置方案。
對設計的 3 種混聯(lián)機器人進行對比分析 , 以 2RPU/UPR+R+P5自由度混聯(lián)機器人為例展開實驗研究?；谖靼嘌?FAGOR CNC8070系統(tǒng)搭建 2RPU/UPR+R+P 自5
由度混聯(lián)機器人控制系統(tǒng) , 實現(xiàn)混聯(lián)機器人 5 軸聯(lián)動。
搭建加載平臺實現(xiàn) 2RPU/UPR并聯(lián)機構(gòu)側(cè)向剛度對比實驗 , 基于遺傳算法辨
識分支桿長零點誤差 , 并完成球冠零件的加工實驗。
過約束五自由度混聯(lián)機器人機構(gòu)設計理論研究
