一類2-、3-、4自由度高速并聯(lián)機(jī)械手設(shè)計(jì)理論與方法研究.pdf

1、本文密切結(jié)合食品醫(yī)藥、現(xiàn)代物流、電子信息等領(lǐng)域自動(dòng)化生產(chǎn)線高速輕載搬運(yùn)作業(yè)需求,在國(guó)家“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”科技重大專項(xiàng)研究發(fā)展計(jì)劃的資助下,研究一類由外轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)、含平行四邊形支鏈的2-、3-、4自由度高速抓放并聯(lián)機(jī)械手的設(shè)計(jì)理論與方法,包括運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體動(dòng)力學(xué)分析、動(dòng)力尺度綜合、伺服電機(jī)參數(shù)選配等,并結(jié)合兩臺(tái)工程化樣機(jī)的開發(fā),開展性能試驗(yàn)研究。全文取得如下成果:
　　在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)創(chuàng)新方面,發(fā)明了一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型四

2、自由度高速并聯(lián)機(jī)械手(以下簡(jiǎn)稱Cross-IV)。其雙動(dòng)平臺(tái)通過四根導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)相對(duì)錯(cuò)動(dòng),進(jìn)而利用螺旋副轉(zhuǎn)化為末端執(zhí)行器的轉(zhuǎn)動(dòng),而且采用封閉框架結(jié)構(gòu)和過約束設(shè)計(jì),在實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)的同時(shí)保證了機(jī)構(gòu)剛度和運(yùn)動(dòng)精度。
　　在動(dòng)力學(xué)建模方面,結(jié)合高速并聯(lián)機(jī)械手的特點(diǎn),建立了完備和簡(jiǎn)化剛體動(dòng)力學(xué)模型。簡(jiǎn)化剛體動(dòng)力學(xué)模型不僅表達(dá)式簡(jiǎn)潔、具有較好的精度和較高的計(jì)算效率,而且為構(gòu)造動(dòng)力尺度綜合中的動(dòng)力學(xué)性能指標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。
　　在參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方

3、面,利用簡(jiǎn)化剛體動(dòng)力學(xué)模型,提出了一種基于運(yùn)動(dòng)學(xué)性能約束的動(dòng)力尺度綜合方法,并在以下三方面形成特色:
　　(1)針對(duì)慣性項(xiàng)和速度項(xiàng)對(duì)單支鏈關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)力矩的貢獻(xiàn),定義了兩類無量綱動(dòng)力學(xué)性能評(píng)價(jià)指標(biāo),得出了無論發(fā)生直接奇異還是間接奇異,慣性項(xiàng)力矩性能指標(biāo)均趨于無窮的重要結(jié)論。
　　(2)利用直接和間接雅可比矩陣的行列式,構(gòu)造出兩類可完整揭示機(jī)構(gòu)奇異狀態(tài)的空間壓力角,其可定量描述機(jī)構(gòu)鏈內(nèi)與鏈間的力傳遞特性。
　　(3)以上述動(dòng)

4、力學(xué)性能指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù),以空間壓力角為約束條件,將一類由外轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)、含平行四邊形支鏈的高速并聯(lián)機(jī)械手的動(dòng)力尺度綜合問題歸結(jié)為一類有約束的多目標(biāo)優(yōu)化問題,并采用多目標(biāo)優(yōu)化方法最終得到了一組指導(dǎo)工程樣機(jī)設(shè)計(jì)的尺度參數(shù)。
　　利用上述研究成果,開發(fā)出了Delta和Cross-IV兩款高速并聯(lián)機(jī)械手工程化樣機(jī),并開展了性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明:樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體動(dòng)力學(xué)性能與設(shè)計(jì)值具有良好的一致性,進(jìn)而驗(yàn)證了本文所述理論和方法的正確性和有效