具有伴隨運(yùn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人分析與設(shè)計(jì).pdf

1、由于少自由度并聯(lián)機(jī)器人具有使用較高的加速度、較大的承載和自重比、較高的運(yùn)動(dòng)精度的特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)線上。大多數(shù)的少自由度并聯(lián)機(jī)器人除具有名義自由度方向的運(yùn)動(dòng)外，在其他方向還存在被約束的運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)被稱為伴隨運(yùn)動(dòng)。伴隨運(yùn)動(dòng)的存在被大多數(shù)的研究者認(rèn)為使得機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)復(fù)雜化，運(yùn)動(dòng)精度下降。目前常規(guī)的做法就是利用機(jī)構(gòu)綜合的方法設(shè)計(jì)出來不存在伴隨運(yùn)動(dòng)的構(gòu)型，或是使用優(yōu)化的方法把機(jī)構(gòu)的伴隨運(yùn)動(dòng)控制在可以接受的范圍內(nèi)。
　　本

2、文針對(duì)平面五桿機(jī)構(gòu)的伴隨運(yùn)動(dòng)研究，提出了利用五桿機(jī)構(gòu)伴隨運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)概念。首先，分析了五桿機(jī)構(gòu)的正反向運(yùn)動(dòng)學(xué)、伴隨運(yùn)動(dòng)存在性、奇異性、工作空間和動(dòng)力學(xué)。論文為了最真實(shí)的反映物理實(shí)際對(duì)于工作空間進(jìn)行了不同的劃分。在文中采用虛功原理對(duì)五桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模。接著進(jìn)行利用伴隨運(yùn)動(dòng)的可行性論證，并從中抽象出一個(gè)雙目標(biāo)優(yōu)化優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型。為了降低求解的復(fù)雜度，把該雙目標(biāo)的優(yōu)化問題的一個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為約束條件，這樣問題就變?yōu)榱藛文繕?biāo)優(yōu)化。選定優(yōu)化的變

3、量，根據(jù)工作空間、靈活性等要求建立約束方程采用遺傳算法優(yōu)化出最優(yōu)的桿件長(zhǎng)度。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)五桿機(jī)構(gòu)可以糾正來料方向±16.46℃的姿態(tài)偏差。證實(shí)了可以通過巧妙的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對(duì)于伴隨運(yùn)動(dòng)的利用。同時(shí)在論文中也計(jì)算了基于最小化伴隨運(yùn)動(dòng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過設(shè)計(jì)結(jié)果可以看出利用伴隨運(yùn)動(dòng)對(duì)于工作空間的利用更加高效，而最小化伴隨運(yùn)動(dòng)則大大的增加了機(jī)構(gòu)本身的占地面積。兩者結(jié)果占地面積和工作空間的比值，前者大約是后者的十倍左右。
　　現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)對(duì)于速度加

4、速度和精度的要求越來越高，而機(jī)器人在高速度和高加速度運(yùn)動(dòng)下的振動(dòng)問題成為了影響其運(yùn)動(dòng)精度的一個(gè)重要原因。單獨(dú)的通過改變控制算法已經(jīng)很難獲得滿意的抗震效果。動(dòng)平衡設(shè)計(jì)成為了解決機(jī)器人高速度高加速度振動(dòng)的一個(gè)有效途徑。本文的另一個(gè)貢獻(xiàn)是實(shí)現(xiàn)了通過動(dòng)平衡設(shè)計(jì)抑制振動(dòng)的目的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明通過動(dòng)平衡設(shè)計(jì)的機(jī)器人運(yùn)行更加平穩(wěn)。當(dāng)機(jī)器人正常工作時(shí)候振動(dòng)均方差最大減小了50％左右，振動(dòng)的峰峰值最大減少60%左右，這說明了動(dòng)平衡設(shè)計(jì)在對(duì)于機(jī)器人減震方面的