Exechon并联机构运动学分析.pdf

摘要本文对五自由度混联机器人牟⒘;运动学部分进行了理论分析研究,该并联机构为三自由度并联机构,本文研究的内容主要有:⒘机构运动学正解及逆解的求解、⒘;沟母斩确治黾笆捣抡妗并联机构的精度分析及数值仿真。针对⒘;梗疚氖紫确治隽瞬⒘;苟教ǖ淖杂啥仁考捌湫灾剩确定了该机构具有三个自由度分别为沿岬囊贫约叭剖的转动。采用解析法研究了该并联机构运动学正解和逆解问题。先建立了机构的位置闭环方程,在此基础上利用消元法,对机构位置正/逆解进行了分析,分别得到了一个阶的多项式方程及位置逆解的显示表达,从而得到了机构位置分析的全部解答。基于螺旋理论分别得到了该机构的驱动雅克比矩阵和约束雅克比矩阵,进而获得机构的全雅克比矩阵,借助力与位移的对偶特性,建立起机构的刚度矩阵方程,获得机构的刚度矩阵,并对机构进行了刚度仿真。最后,综合考虑到了制造误差和安装误差,建立了该并联机构的位置误差模型,并进行了精度分析。关键词:并联机器人,运动学,刚度,精度分析
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第一章绪论机器人的产生与发展长期以来人类有个美好的愿望,就是能够创造出一种像人一样的机器,能够帮助人类劳作,帮助人类做他们不想做的事情,甚至希望机器人能让人类从劳动中解脱出来。随着第一次工业和科学革命的进行,各种自动机器、机器人玩具等应运而生。它们的出现,意味着人类实现机器人的梦想即将触手可及。等到了世纪以后,机器人开始萌芽,人们也迫切地期待着它的诞生。任何新鲜事物的出现都会有利有弊,当时的人们也不清楚机器人这种新事物将会给他们带来哪些方便,还是带来哪些弊端。在年,捷克剧作家谒目苹镁绫尽禦疭中首次出现“机器人淮省T兰甏笔笔澜缱疃ゼ獾拿拦蒲Щ孟胄∷导抑籌在小说中提出有名的“机器人三原则”【浚魅瞬豢梢晕:θ死啵膊豢梢栽谌耸苌撕κ倍还埽魅吮匦敕尤死嗝睿歉妹疃匀死嘤泻Γ诓晃ケ城傲教踉虻奶跫拢魅擞Ω帽;ぷ陨聿皇苌撕Α虽然这是小说中的创作,但它给机器人赋予了新的伦理纲领,并且使机器人的概念通俗化,这三条原则己成为研究人员与开发制造厂家公认须遵循的原则。目前,世界上还没有对“机器人一的概念进行统一的规范定义,专家们根据自己的理解从不同的角度来定义“机器人”这一术语,再加上人们对机器人的模型在脑海中不断幻想和创新以及科幻小说、影视中对机器人的惟妙惟肖地描绘更让机器人的定义变得多样化。为了便于交流,便于比较不同国家、不同公司对机器人的科研成果,为了统一技术规范,有必要对机器人这个术语建立一定程度的共同理解。各个国家对机器人都有着自己的理解和看法,所以对“机器人’’的定义可以说是五花八门。国际上,关于“机器人’’的定义,国际标准组织给出的是:“一种具有编程能力的、位置可控的、自动的多功能机械手,这种机械手具有几个轴,它可借助可编程序操作来处理各种材料、工具、零件和专用装置,用于执行各种任务”】。对于“机器人亩ㄒ澹夜膊⒉煌骋弧5撬孀趴蒲Ъ际醯牟欢辖剑魅的不断改革创新,我国也急需解决统一机器人相关技术标准的问题,首要解决的就是如何给“机器人’’下定义。结合我国对机器人研究的现状以及展望等一些实际情况,并参考其他一些国家和组织协会对于“机器人”的定义,对机器人的主要特征我国研究人员做了如下描述:像人或人的上肢,并可以模仿人的动作;具有感觉与识别能力或智力;是人造机器或机械电子装置。对现代机器人开始进行研究是在世纪中期,第二次世界大战之后。年,美国人乔治·黛沃尔提出了工业机器人的概念,他设计研发出了世界上首台可编电子程序
的机器人2⒂辏朐忌7颉び⒏癫└褚黄鹧兄瞥隽世界首台工业机器人⑶以诤罄此浅闪⒘耸准一魅酥圃旃—公司。在年,乔治·黛沃尔注册了机器人的专利。在年公司生产了首台机器人⑶医浒沧霸诿拦ㄓ闷倒镜难怪芭湎呱希这标志着第一代机器人的诞生,自此全世界掀起了对机器人研究的热潮。同时,美国旧隽薞恢稚桃祷墓ひ祷魅恕年,美国公司研制出第一台计算机控制的机器人,同年,意大利的公司推出了第一台装配机器人年,狙兄瞥隽艘恢滞ㄓ没魅薖强捎糜谧芭涞墓ひ机器人,且它采用了多郊都扑慊刂平峁固逑怠8没魅说某鱿直曛咀殴ひ祷器人的成熟,直至今日,不管是工业机器人的结构、控制结构,还是在编程语言和驱动方面,仍与那个年代的产品无本质差别。世纪年代末,机器人套件出现在丹麦的乐高公司,该公司实现了让机器人制造与堆积块一样,组装相对来说比较简单,而且可以任意拼装。年丹麦公司推出了,一种吸尘器机器人,这种机器人不仅自己可以避障,自己设计行走路线,还可以在自身电量不足的时候,自己驶向充电座,这也意味着机器人渐渐涉足个人与家庭。在我国,一些学者于世纪年代后期开始对机器人进行理论研究,国内蒋新松院士率先研究机器人,诸多研究人员在他的领导下,共同研制出了国内首台计算机控制的示教再现机器人号,同期也研制出了首台水下机器人样机,创建了我国第一