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一种三并联万向工作台的研究

作　者: 王洪涛
导　师: 邹平
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 并联机器人万向工作台误差分析 D-H参数微分变化样机制造
分类号: TG659
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 39次
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内容摘要

随着数控机床技术的发展,并联运动机床作为一种新型机床,已经在许多领域起到了重大作用。然而随着其发展逐渐进入产业化阶段,由于其本身的结构特性,其主要存在的问题——精度问题,已经日显突出,成为阻碍其普及的一个重要环节。近几年来,少自由度并联机构成为新的研究热点。本文的研究对象是一种新型的少自由度并联机构——三并联万向工作台。该机构除了具有并联机床刚度高、速度快、工作空间大的优点,同时在主轴上的独特设计实现了一杆多用,简化了结构,另外运动平台的姿态由两根并联杆驱动控制,减少了输入变量,有利于实时控制。对于三并联万向工作台来说,运动平台的的位姿也是由三条驱动链共同作用的结果。因此,对其精度的影响因素主要来自于这三条支链可能存在的误差源,包括零件设计和制造误差,铰链间隙影响,工作时杆件受力变形等。误差影响因素太多,因此对该机构进行全面的误差分析比较困难,建模阻力大。本文将针对机构的运动学方程,针对其中的D-H参数,进行微分变化,分别获得了3条驱动支链上所有微小误差量对于动平台末端位姿的影响；分别建立了3条支链上所有误差源对动平台误差影响的数学模型。在此基础上,又进行了3条支链综合起来对动平台位姿误差影响的分析。经过仿真分析,我们得到了三并联万向工作台中主要的敏感误差源,以及其位姿中最容易受到影响的方向。最后,还基于Pro/E对机构进行三维实体模型设计,并且对机构进行详细的结构设计,绘制机构二维装配图,并制造了第一台三并联万向工作台的原理样机。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-21
  1.1 并联机器人概述  9-11
  1.2 并联机构的应用与发展  11-17
    1.2.1 国外并联机床的发展及现状  11-14
    1.2.2 国内并联机床的发展与现状  14-17
  1.3 并联机床的误差分析  17-19
  1.4 课题的意义及主要研究工作  19-21
第2章误差分析的基础工作  21-37
  2.1 用D-H参数微分变化法分析并联机床误差的基础理论  21-26
    2.1.1 D-H参数微分变化法简介  21-23
    2.1.2 机器人位姿误差向D-H参数的转化  23-24
    2.1.3 D-H参数的偏差与末端执行器的误差的联系  24-26
  2.2 三并联万向工作平台的介绍  26-28
    2.2.1 并联运动机床的特点  26
    2.2.2 三并联万向工作台的结构特点  26-28
    2.2.3 三并联万向工作台的误差分析思路  28
  2.3 误差分析的基础工作  28-35
    2.3.1 建立机构整体坐标系确定机构的主要参数  28-30
    2.3.2 确定机构的初始状态  30-31
    2.3.3 确定并联杆被动关节的初始参数  31-35
    2.3.4 确定主轴被动关节的初始参数  35
  2.4 本章小结  35-37
第3章三并联万向工作台各个支链的误差分析  37-57
  3.1 并联杆对动平台的误差影响分析  37-49
    3.1.1 并联杆1上关节坐标系的建立  37-39
    3.1.2 并联杆1上齐次变换矩阵的建立  39-43
    3.1.3 并联杆1的微分矩阵  43-44
    3.1.4 初始状态下并联杆1的误差分析的数值仿真  44-47
    3.1.5 初始状态下并联杆2的误差分析的数值仿真  47-49
  3.2 主轴对动平台的误差影响分析  49-56
    3.2.1 主轴关节坐标系的建立  50-51
    3.2.2 主轴上齐次变换矩阵的建立  51-53
    3.2.3 主轴的微分矩阵  53-54
    3.2.4 初始状态时主轴误差分析的数值仿真  54-56
  3.3 本章小结  56-57
第4章三并联万向工作台三条支链的综合误差分析  57-65
  4.1 三条驱动链各自的全部误差对于动平台误差的影响  57-58
  4.2 三条驱动链对于动平台误差的综合影响  58-60
  4.3 误差结果分析  60-62
  4.4 工作空间内动平台的位姿误差分析算法  62-64
  4.5 本章小结  64-65
第5章三并联万向工作台原理样机  65-75
  5.1 单条驱动支链的设计  65-68
    5.1.1 驱动方式的选择  65-66
    5.1.2 并联杆的设计  66-67
    5.1.3 虎克铰链的设计  67-68
  5.2 电机的选择  68-70
  5.3 控制系统简介  70-72
  5.4 三并联万向工作台样机  72-73
  5.5 本章小结  73-75
第6章结论与建议  75-77
  6.1 结论  75
  6.2 建议  75-77
参考文献  77-81
致谢  81

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