六自由度并聯(lián)機器人奇異位形的研究.pdf

1、奇異位形，也稱特殊位形，是機構(gòu)的固有性質(zhì)也是機器人機構(gòu)的一個十分重要的運動學(xué)特性，機器人的運動、受力、控制以及精度等諸方面的性能都與機構(gòu)的奇異位形密切相關(guān)。因此有必要對并聯(lián)機構(gòu)的奇異位形做更深入的研究，以減少和消除奇異位形的影響，進一步提高并聯(lián)機構(gòu)的性能，促進并聯(lián)機構(gòu)的實用化和產(chǎn)品化的發(fā)展。本文系統(tǒng)的對六自由度并聯(lián)機器人的奇異位形問題進行了全面的研究，主要研究內(nèi)容包括以下幾方面： 論文介紹了并聯(lián)機構(gòu)奇異位形的基本理論。闡明了奇異

2、位形的基本定義，明確了機構(gòu)處于奇異位形下的物理意義；介紹了國內(nèi)外有關(guān)并聯(lián)機構(gòu)的奇異位形的研究方法、分類方法以及并聯(lián)機構(gòu)奇異的運動學(xué)原理，最后研究了機構(gòu)奇異時瞬時運動螺旋的求解方法。 對3/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性進行了深入的研究。推導(dǎo)出了該并聯(lián)機構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的解析表達式，提出了分析該并聯(lián)機構(gòu)奇異位形的等效機構(gòu)法，采用此方法推導(dǎo)出了當該并聯(lián)機構(gòu)處于一般

3、姿態(tài)時機構(gòu)在θ-平面上的位置奇異軌跡方程并研究了其在相互平行的θ-平面上的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性，最后對該并聯(lián)機構(gòu)處于各種姿態(tài)時機構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性進行了總結(jié)。 對6/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性進行了深入的研究。推導(dǎo)出了該并聯(lián)機構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的解析表達式，基于此解析表達式，又推導(dǎo)出了該并聯(lián)機構(gòu)在主截面上的位置奇異軌跡方程并

4、研究了機構(gòu)在相互平行的主截面上的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性，最后對該并聯(lián)機構(gòu)在三維空間中的位置奇異軌跡的分布及結(jié)構(gòu)特性進行了總結(jié)。研究首次發(fā)現(xiàn)，6/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機構(gòu)也存在六個線矢量均交于一個公共線矢量的奇異位形，并且當機構(gòu)處于同一姿態(tài)時，在空間中可能存在多個位置此時六個線矢量均同時交于一個公共線矢量。 對6/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機構(gòu)的姿態(tài)奇異及姿態(tài)能力進行了研究。推導(dǎo)出了該并

5、聯(lián)機構(gòu)處于給定位置時機構(gòu)的姿態(tài)奇異軌跡的解析表達式，首次提出了姿態(tài)能力的性能指標，研究了機構(gòu)動平臺的幾何外形、動平臺和定平臺的外接圓的半徑比、動平臺的位置對該并聯(lián)機構(gòu)的姿態(tài)能力的影響。機構(gòu)的姿態(tài)能力的研究為該并聯(lián)機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供了重要的理論指導(dǎo)。 最后對6/6-SPS型Gough-Stewart并聯(lián)機構(gòu)的姿態(tài)工作空間進行了研究。提出了計算該并聯(lián)機構(gòu)的姿態(tài)工作空間的算法，并提出了非奇異姿態(tài)工作空間、實際姿態(tài)工作空間的概念及其相應(yīng)