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文檔簡介
1、相對于串聯(lián)機器人,并聯(lián)機器人以其結構簡單、剛度大、精度高和承載能力強等優(yōu)點,近年來得到了廣泛的關注。但是,并聯(lián)機器人的上述優(yōu)點是潛在的,這些優(yōu)點的充分發(fā)揮都需要一定的條件。只有充分了解和掌握了并聯(lián)機器人自身的結構、運動學、動力學特點,才能真正將上述優(yōu)點展現(xiàn)出來。
本文首先對六自由度液壓驅動并聯(lián)機器人的多剛體運動學進行了分析,并利用Kane方法建立了并聯(lián)機器人的13個剛體動力學方程。根據(jù)并聯(lián)機器人多剛體系統(tǒng)和液壓驅動系統(tǒng)間相互作
2、用原理,建立了并聯(lián)機器人的完整動力學模型。利用該動力學模型,對并聯(lián)機器人的各個自由度頻率特性進行了分析,并給出了并聯(lián)機器人自由度間的耦合特性。通過實驗驗證了仿真結果的正確性。
并聯(lián)機器人相對于串聯(lián)機器人具有工作空間狹小的缺點。了解并聯(lián)工作空間特點和基本描述方法,可以用于指導并聯(lián)機器人的設計。本文分別就并聯(lián)機器人的位置空間和姿態(tài)空間進行分析,并給出了三維空間描述。
在前人關于并聯(lián)機器人奇異性研究基礎上,將并聯(lián)機器人的工
3、作空間劃分為奇異區(qū)和非奇異區(qū),并分別利用條件數(shù)判據(jù)和支腿長度判據(jù)對奇異區(qū)進行了判別。同時,本文在對并聯(lián)機器人中最典型的奇異位形——Hunt奇異的幾何學研究基礎上,分別就3-3Gough-Stewart機構、3-6Gough-Stewart機構和6-6Gough-Stewart機構給出了發(fā)生Hunt奇異的幾何判別方法。本文的奇異性研究成果不但揭示了并聯(lián)機器人奇異性的本質特征,也為實際各種應用中六自由度并聯(lián)機器人奇異性的判斷提供了一個簡便、
4、有效的方法。
在進行并聯(lián)機器人的結構設計時,首先需要清楚如何評價一臺并聯(lián)機器人性能的優(yōu)劣。為此,本文給出了并聯(lián)機器人的各種性能指標的數(shù)學描述,如可操作度、各項同性、速度和力傳遞特性,并對并聯(lián)機器人進行了剛度和固有頻率的分析。之后,利用上述性能指標,分析了結構參數(shù)對機構性能的影響,并對結構參數(shù)進行了優(yōu)選。最后,根據(jù)并聯(lián)機器人的結構特點,將結構緊湊作為優(yōu)化目標,而將其他性能指標,如固有頻率、奇異性等均作為約束條件,利用SQP優(yōu)化算
5、法,對并聯(lián)機器人的結構進行了自動尋優(yōu),得到一組較手動尋優(yōu)性能更優(yōu)的結構參數(shù)。
對于一臺給定結構的并聯(lián)機器人來說,如何充分發(fā)揮和挖掘其性能潛力,是并聯(lián)機器人控制系統(tǒng)設計的首要任務。本文在最后一章對并聯(lián)機器人的控制策略進行研究。首先對基于鉸點空間的前饋控制和動壓反饋控制進行了探討。之后,采用自由度前饋控制和基于運動學的交叉耦合控制對并聯(lián)機器人實現(xiàn)了有效控制,實驗結果表明上述控制策略能夠有效提高系統(tǒng)的動態(tài)特性,提高系統(tǒng)的響應頻寬。作
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