一种新型三自由度平面并联机器人操作机的研究
机器人在人类生活中扮演着越来越重要的角色，其最基本的要素之一是操作机，即把需要完成的动作顺利执行的部分，因此机器人操作器是机器人研究中最重要的部分之一。传统的串联机器人已经在工业界广泛使用，但是与其相对应的并联机器人却还处于研究阶段。并联机器人相对于串联来说具有精度高、刚度重量比大、响应速度快等优点，目前仍然是一个研究的热点。本论文提出一种新型三自由度平面并联机器人操作机，针对该操作机的运动学、运动学指标、奇异性以及轨迹规划进行了研究。 传统的三自由度平面并联机构通常通过三条支链将定平台和动平台连接起来，然而本论文在其基础上提出一种仅含有两条支链的三自由度平面并联机构。针对它的运动学分析包括位置，速度和加速度分析。在位置分析中，除了利用传统的环路方程法来求解以外，还提出一种三角形法，这种方法更加简单，而且能够直观的得出需要的机构工作模式。在位置分析的基础上求出了相应的速度雅克比矩阵和加速度表达式。 本论文中对于机构的运动学指标分析包括工作空间和灵巧度分析。在工作空间分析中，包括定姿态，姿态和全姿态工作空间在内的多种工作空间均用极坐标搜索法求出了其边界，而且得出了各种工作空间之间的关系。对于灵巧度分析，利用两点速度法解决了雅克比矩阵中单位不一致的问题，得出机构在指定工作空间的灵巧度分布图。这些指标的分析将为机构的优化设计提供依据。 机构的奇异位形是其在工作中需要避免的，因此对机构的奇异性分析也相当重要。本论文将奇异根据雅克比矩阵分为三种，并且重点讨论了运动学正解奇异和逆解奇异，不仅得出了奇异位形，而且通过数值方式绘出了工作空间内的奇异轨迹。 在运动学分析的基础上，本论文对提出的机构在关节空间分别采用五次多项式，梯形曲线和S型曲线进行了点到点的轨迹规划，得出驱动副受到速度，加速度和加加速度限制的条件下最短运动时间的解析表达式。除此之外，还对有中间点的多点轨迹采用三次样条和B样条曲线进行规划，并且利用受控随机优化算法求出了最短运动时间。 本论文提出的新型机构可以应用到传统的三自由度平面并联机构适用的地方，而所做的研究将为该机构的实际应用奠定基础，并且为其尺寸综合提供依据。
三自由度平面操作机;并联机器人;运动学指标;数值模拟;轨迹规划
哈尔滨工业大学
硕士
机械电子工程
李兵
2007
中文
TP242.2
78
2013-03-05（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）