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3-PRRU并联机器人运动学设计

作　者: 王茹
导　师: 李秦川
学　校: 浙江理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 3-PRRU并联机构 完整雅可比 奇异位形 全域性能指标
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 74次
引　用: 1次
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内容摘要


本文以3-PRRU并联机构为研究对象,以机构的运动学优化设计为目标,深入研究机构的运动学性能,主要工作和研究成果可概括为如下几个方面:分析并联机构各分支的几何关系,选用YXZ动欧拉角顺序来描述动平台的姿态,并用D-H方法构建其中一个分支的相对运动参照系,结合动欧拉角旋转矩阵构造出机构的运动学模型。运用螺旋理论分别求出动平台输出速度到驱动关节速度的映射矩阵,即约束雅可比矩阵和驱动雅可比矩阵,进而构造出完整雅可比矩阵。求出该完整雅可比矩阵的行列式,并根据奇异位形的求解方法,得到了3-PRRU并联机构发生奇异时的位形和结构特征。根据运动学分析与机构设计的需要,定义机构结构参数,并给出结构参数的取值范围,通过改变这两个参数大小可以得到不同的机构构型。构造出3-PRRU并联机构从驱动关节到动平台输出的误差、速度、承载力、刚度映射模型,定义条件性、速度、承载力和刚度等性能指标。建立3-PRRU并联机构的空间模型,在空间模型内研究机构全域性能指标与结构参数的关系,并绘制全域性能图谱,利用这些性能图谱进行结构的优化设计。按照机构的设计要求,确定样机结构尺寸,进而完成3-PRRU样机的运动学设计。分析样机的工作空间,找出样机的奇异位形,并绘制出样机的转动灵巧度、速度极值、承载力、刚度等各项局域性能图谱。最后还给出了样机各分支的约束反力/力矩分布图谱。本文研究工作对3-PRRU并联机构样机的开发具有重要指导意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 课题的研究背景和意义  11-12
    1.1.1 并联机器人的定义及优缺点  11-12
    1.1.2 并联机器人的发展历程  12
  1.2 国内外研究现状  12-18
    1.2.1 并联机构的应用  13-16
    1.2.2 雅可比矩阵的建立  16
    1.2.3 运动学性能指标及尺度综合  16-17
    1.2.4 螺旋理论的研究概述  17-18
  1.3 本文主要研究内容  18-19
第二章 3-PRRU 并联机构运动学分析  19-26
  2.1 引言  19
  2.2 3-PRRU 并联机构的基本描述  19-21
    2.2.1 机构描述及坐标系的建立  19-20
    2.2.2 动平台姿态的描述  20-21
  2.3 3-PRRU 并联机构的运动学模型  21-24
  2.4 3-PRRU 并联机构刀具的运动  24
  2.5 小结  24-26
第三章 基于螺旋理论的完整雅可比矩阵的建立  26-33
  3.1 引言  26
  3.2 螺旋理论基础  26-28
    3.2.1 旋量的引入  26-27
    3.2.2 运动螺旋和力螺旋的互逆  27-28
  3.3 完整雅可比矩阵的建立  28-32
    3.3.1 雅可比分析  28-30
    3.3.2 约束雅可比矩阵  30
    3.3.3 驱动雅可比矩阵  30-32
    3.3.4 完整雅可比矩阵  32
  3.4 本章小结  32-33
第四章 基于完整雅可比的3-PRRU 并联机构的运动学性能分析  33-53
  4.1 引言  33
  4.2 尺度参数及其范围  33-34
  4.3 工作空间分析  34-37
    4.3.1.3 -PRRU 并联机构的姿态能力  34-37
  4.4 奇异分析  37-38
  4.5 条件性能指标及性能图谱  38-42
    4.5.1 矩阵的条件数  38-39
    4.5.2 基于完整雅可比矩阵的3-PRRU 并联机构的条件性能指标  39-40
    4.5.3 速度灵巧度指标分布  40-42
  4.6 速度指标及性能图谱  42-45
    4.6.1 向量极值问题  42-43
    4.6.2 基于完整雅可比矩阵的3-PRRU 并联机构的速度极值指标  43
    4.6.3 速度指标分布  43-45
  4.7 承载力指标及性能图谱  45-47
    4.7.1 基于完整雅可比矩阵的3-PRRU 并联机构的承载力指标  45-46
    4.7.2 承载力指标分布  46-47
  4.8 刚度性能指标及性能图谱  47-49
    4.8.1 基于完整雅可比矩阵的3-PRRU 并联机构的刚度性能指标  48-49
    4.8.2 刚度性能指标分布  49
  4.9 利用性能图谱设计3-PRRU 并联机构  49-51
  4.10 结论  51-53
第五章 样机设计  53-62
  5.1 引言  53
  5.2 根据性能要求确定样机结构参数  53-54
  5.3 样机的工作空间  54-56
  5.4 样机的奇异位形  56
  5.5 样机的各项局域性能指标与动平台欧拉角的关系  56-59
  5.6 基于完整雅可比矩阵的3-PRRU 样机的约束反力/力矩  59-61
  5.7 小结  61-62
第六章 总结与展望  62-63
参考文献  63-69
致谢  69-70
攻读硕士学位期间的研究成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
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