学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于大行程柔性铰链的精密并联机器人研究

作　者: 齐立民
导　师: 荣伟彬
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 微操作并联机器人柔性铰链压电马达
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 92次
引　用: 5次
阅　读: 论文下载

内容摘要

为满足人类向微观世界探寻的需要,微操作机器人近年来成为机器人领域中的重要分支。很多微操作场合不仅要求机器人具有高重复精度和高分辨力,同时还要求其具有工作范围大、质量轻、能耗低等特点,从而对机器人结构的设计提出了更高的要求。本文结合国家自然科学基金计划项目“用于纳米操作的6自由度3-PPSR微动机器人”,在广泛分析目前已有的并联精密定位系统的基础之上,针对目前大范围运动定位与高精度定位应用的实际需要,研究一种基于大行程柔性铰链的3支链6自由度3-PPSR精密并联机器人。针对3-PPSR精密并联机器人的结构特点,在建立其位置逆解方程的基础上,通过坐标变换获得各支链柔性铰链处的角位移方程,获得了各主要尺寸参数对柔性铰链角位移的影响,为柔性铰链设计奠定基础。针对精密并联机器人大行程和高精度要求,在分析传统铰链类型的基础上,提出了应用于3-PPSR精密并联机器人的大行程柔性铰链。分别建立了柔性球铰和单自由度柔性旋转铰的刚度模型,分析了各铰链参数对其刚度的影响,并通过有限元分析了大行程柔性铰链的特点。在基于大行程柔性铰链的精密并联机器人设计方面,从满足工作空间并使铰链位移量最小的角度设计了机器人关键尺寸参数,并依据大行程柔性铰链刚度模型设计了柔性铰链了参数。对机器人进行了刚度和模态分析,说明了此类型机器人的特点。采用压电马达和高分辨率光栅尺构成半闭环控制系统,对基于大行程柔性铰链的3-PPSR精密并联机器人的重复性精度和运动分辨率进行了测试。实验结果表明,3-PPSR精密并联机器人的各项指标均达到设计要求。最后分析了驱动控制系统、传动系统和测量系统中的误差来源,为基于大行程柔性铰链的精密并联机器人的进一步研究提供参考。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-16
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-14
    1.2.1 并联机器人的发展简述  10
    1.2.2 柔性并联机器人技术研究现状  10-14
  1.3 本课题主要研究的内容  14-16
    1.3.1 主要研究内容  14-15
    1.3.2 技术指标  15-16
第2章 3-PPSR 精密并联机器人铰链角位移分析  16-26
  2.1 引言  16
  2.2 3-PPSR 精密并联机器人机构简介  16-17
  2.3 3-PPSR 精密并联机器人位姿描述与逆解计算  17-19
    2.3.1 位姿描述  17-19
    2.3.2 逆解计算  19
  2.4 3-PPSR 精密并联机器人铰链的角位移  19-23
    2.4.1 支杆下端球铰的弯曲角位移  20-21
    2.4.2 支杆上端铰链转动副的转角位移  21-23
    2.4.3 支杆下端球铰的扭转角位移  23
  2.5 机器人主要尺寸参数和柔性铰链角位移的关系  23-25
    2.5.1 机器人主要尺寸参数  23-24
    2.5.2 柔性铰链角位移影响分析  24-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章大行程柔性铰链的建模与分析  26-36
  3.1 引言  26
  3.2 柔性铰链简述  26-28
    3.2.1 柔性铰链的定义与特点  26
    3.2.2 柔性铰链的分类  26-28
  3.3 大行程柔性铰链的建模  28-33
    3.3.1 大行程柔性铰链的设计思路  28-29
    3.3.2 大行程柔性球铰链的刚度模型  29-31
    3.3.3 大行程柔性弯曲铰链的刚度模型  31-33
  3.4 柔性铰链的有限元分析  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第4章基于大行程柔性铰链的精密并联机器人机构设计及分析  36-48
  4.1 引言  36
  4.2 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人结构设计  36-41
    4.2.1 精密并联机器人的整体尺寸确定  37
    4.2.2 机构底座和动平台的设计  37-38
    4.2.3 机构各支链的设计  38-39
    4.2.4 大行程柔性铰链的有限元分析  39-41
  4.3 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人刚度有限元分析  41-44
    4.3.1 轴向刚度有限元仿真计算  42
    4.3.2 弯曲刚度有限元仿真计算  42-44
    4.3.3 扭转刚度有限元仿真计算  44
  4.4 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人模态分析  44-47
    4.4.1 有限元模型的建立  45
    4.4.2 模态分析  45-47
  4.5 本章小结  47-48
第5章基于大行程柔性铰链的精密并联机器人控制系统及实验研究  48-60
  5.1 引言  48
  5.2 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人控制系统总体结构  48-49
  5.3 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人控制软件  49-50
  5.4 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人实验研究  50-57
    5.4.1 3-PPSR精密并联机器人的实验研究方法  51-52
    5.4.2 3-PPSR精密并联机器人分辨率的测试  52-54
    5.4.3 3-PPSR精密并联机器人重复定位精度的测试  54-57
  5.5 基于大行程柔性铰链的精密并联机器人误差分析  57-59
    5.5.1 压电马达控制误差  57
    5.5.2 机构误差  57-58
    5.5.3 测量误差  58-59
  5.6 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-65
致谢  65

基于大行程柔性铰链的精密并联机器人研究

内容摘要

全文目录

相似论文