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移动并联机器人机构综合及性质分析

作　者: 姚军锋
导　师: 李兵；胡颖
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 移动并联机器人机构综合运动学工作空间螺旋理论
分类号: TP242.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,移动机器人和并联机器人一直是机器人研究中的热点。移动机器人是一个集感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多种功能与一体的综合系统;但是现有的移动机器人通常是作为多功能运动载体,它的移动平台只是搭载体,没有姿态变化,搭载的机械手臂也难以完成大刚度支撑类作业。并联机器人具有结构稳定,刚度大等很多优点,但是它的工作空间却很小,使得很多时候并联机器人串联在移动平台上,跟移动机器人搭配使用。本文研究的移动并联机器人是一种新型机器人,它将并联机器人技术与移动机器人技术相结合,其结构特点是在现有并联机器人基础上去掉固定平台,而将每个分支在固定平台上的关节处安装平面电机或配置驱动滚轮;这种新型机器人与现有的移动机器人相比,结构更为简单,刚性和承载能力都更强;与并联机器人相比,由于去掉了固定平台,具有更大的工作空间,操作灵活性也更强。本文研究的目的是对移动并联机器人机构进行机构综合创新设计和机构性质分析,得到多种具有自主知识产权的机器人新机型,并为此类机器人的工程应用奠定关键技术基础。重点是对三杆六自由度并联机构方案进行构型综合的系统研究,可以通过型综合数综合法、机构拓扑结构学理论以及螺旋理论来进行研究分析。然后基于ADAMS对典型的可行性方案进行运动学仿真,确定机构的正确性。通过螺旋理论分析典型机构的奇异性,再进行运动学分析,研究机构的工作空间,通过对典型机构的奇异性、运动学逆解分析和机构工作空间的比较,确定移动并联机器人的最终试验机构。最后通过对移动并联机器人进行误差建模,得到了误差模型方程,并运用蒙特卡洛模拟法对输出误差的结果进行模拟,得到了移动并联机器人的输出误差分布的统计规律。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题来源  8
  1.2 课题研究背景  8-9
  1.3 国内外发展现状及分析  9-16
    1.3.1 移动机器人的发展动态分析  9-11
    1.3.2 并联机器人的发展动态分析  11-12
    1.3.3 移动并联机器人的发展动态分析  12-16
  1.4 本论文的主要研究内容  16-17
第2章三杆六自由度移动并联机构构型综合  17-24
  2.1 引言  17-18
  2.2 并联机构的符号记法  18-19
  2.3 机器人机构构型综合  19-23
  2.4 本章小结  23-24
第3章典型机构的奇异性分析  24-38
  3.1 螺旋理论介绍  24
  3.2 螺旋理论的一些基础概念  24-26
  3.3 典型机构的奇异性分析  26-37
    3.3.1 -(P-P)-S-R-和-(R⊥P)-S-R~*-机构的奇异性分析  26-27
    3.3.2 -(P-P)-R-S-机构的奇异性分析  27-29
    3.3.3 -(R ⊥ P)-R~*-S-机构的奇异性分析  29-30
    3.3.4 -(P-P)-U-U-和-(R⊥P)-U-U-机构的奇异性分析  30-37
  3.4 本章小结  37-38
第4章典型机构的运动学分析  38-53
  4.1 并联机器人运动学问题  38
  4.2 典型机构的运动学逆解  38-43
    4.2.1 -(P-P)-S-R-机构的运动学逆解  38-40
    4.2.2 -(R⊥P)-S-R~*-机构的运动学逆解  40-41
    4.2.3 -(P-P)-R-S-机构的运动学逆解  41-42
    4.2.4 -(R⊥P)-R~*-S-机构的运动学逆解  42-43
  4.3 典型机构的工作空间  43-52
    4.3.1 -(P-P)-S-R-和-(R⊥P)-S-R~*-机构的工作空间  43-46
    4.3.2 -(P-P)-R-S-和-(R⊥P)-R~*-S-机构的工作空间  46-49
    4.3.3 -P-P-U-U-机构的工作空间  49-52
  4.4 选定试验样机机构  52
  4.5 本章小结  52-53
第5章选定机构的误差分析  53-61
  5.1 引言  53
  5.2 误差模型  53-58
    5.2.1 移动并联机器人的误差来源  53-54
    5.2.2 移动并联机器人误差建模  54-58
  5.3 误差模拟分析  58-60
  5.4 本章小结  60-61
结论  61-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  66-68
致谢  68

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