一种新型并联手腕的构型综合、分析及其与Delta混联的理论和实验研究

发布时间：2024-03-15 18:14

　　本文密切结合国家电子制造和轻工生产的巨大需求,针对智能手机外壳的曲面打磨和印刷电路板的定姿态装配需要,设计了一种新型三自由度并联手腕,将其串接于四自由度Delta并联机构末端,形成一种新型混联机器人。重点研究了新型并联手腕的构型综合、自由度、运动学性能、动力学性能等,最后对该混联机器人的整体运动学、轨迹规划、样机研制和实验测试等方面进行了系统的研究。全文主要工作如下:(1)通过构型演变法,设计了一种新型3-RSR(R为旋转副,S为球关节)并联手腕机构。该机构具有2旋转1平移三个自由度,且在运动过程中,始终存在一个对称面,动平台和基座(也称定平台)关于此平面对称,动平台可以绕对称面内的任意直线发生一定范围的连续转动,也可以沿两平台中心连线方向进行一定范围的平移。联合G-K公式和螺旋理论分析了机构的自由度,从几何角度证明了机构的对称性,验证了构型设计的正确性。(2)利用新型并联手腕机构特殊的几何性质,建立了其等效运动学模型,讨论了机构末端(即动平台)在球关节极限摆角约束下的运动奇异;利用三维切片法分析了手腕末端在实际工作空间内等高度和定偏转角条件下的旋转性能和平移性能。通过定义并联手腕力传...

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题来源
    1.2 研究背景及意义
    1.3 并/混联机器人研究现状
        1.3.1 并/混联机器人概况
        1.3.2 构型综合研究现状
        1.3.3 运动学研究现状
        1.3.4 动力学研究现状
        1.3.5 轨迹规划研究现状
        1.3.6 两转一移并联机构研究现状
    1.4 本文的主要研究内容及章节安排
第二章 新型并联手腕机构构型综合与自由度分析
    2.1 引言
    2.2 具有大偏转角的两转一移并联手腕构型综合
        2.2.1 基于构型演变法的并联手腕综合
        2.2.2 基于法向接触力和电机能量损耗的新机构构型优选
        2.2.3 并联手腕的几何对称性证明
    2.3 并联手腕的自由度计算与分析
        2.3.1 自由度计算
        2.3.2 基于旋量理论的自由度分析
    2.4 两种不同拓扑构型的混联机器人
    2.5 本章小结
第三章 并联手腕机构的运动学分析
    3.1 引言
    3.2 位置分析
        3.2.1 姿态描述方法
        3.2.2 位置正解
        3.2.3 位置逆解
    3.3 奇异性分析
    3.4 工作空间分析
        3.4.1 可达工作空间
        3.4.2 旋转性能分析
        3.4.3 平移性能分析
    3.5 力传递性能分析
        3.5.1 雅克比矩阵
        3.5.2 力传递性能指标
        3.5.3 算例分析
    3.6 速度分析
        3.6.1 Riemann对称空间理论
        3.6.2 瞬时速度分析
        3.6.3 计算与仿真
    3.7 本章小结
第四章 并联手腕机构的动力学建模及性能分析
    4.1 引言
    4.2 并联手腕的动力学建模
        4.2.1 动力学建模
        4.2.2 计算与仿真
        4.2.3 误差分析
    4.3 动力学性能分析
        4.3.1 关节空间动力学方程
        4.3.2 操作空间动力学方程
        4.3.3 加速度性能分析
    4.4 本章小结
第五章 混联机器人的运动学分析及轨迹规划
    5.1 引言
    5.2 混联机器人的位置分析
        5.2.1 位置正解
        5.2.2 位置逆解
    5.3 工作空间分析
    5.4 混联机器人的轨迹规划
        5.4.1 关节空间轨迹规划
        5.4.2 笛卡尔空间轨迹规划
        5.4.3 算例仿真
    5.5 本章小结
第六章 混联机器人系统开发与实验研究
    6.1 引言
    6.2 实验平台及控制系统架构
    6.3 实验方案设计与实现
        6.3.1 PCB定姿态装配实验
        6.3.2 曲面打磨运动模拟实验
    6.4 实验结果分析
    6.5 本章小结
总结与展望
    总结
    展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的学术成果
致谢



本文编号：3928673