新型Tripod并聯(lián)機(jī)器人性能分析及尺寸優(yōu)化.pdf

1、依據(jù)自動化生產(chǎn)在醫(yī)療、飲食、消費(fèi)品的發(fā)展要求，本文在傳統(tǒng)Delta機(jī)器人的基礎(chǔ)上研制了Tripod并聯(lián)機(jī)器人，該新型并聯(lián)機(jī)器人相比傳統(tǒng)的DELTA機(jī)器人，驅(qū)動方式由旋轉(zhuǎn)式改為直線式，這種機(jī)器人具有負(fù)載能力強(qiáng)、剛度大、精度高、速度快等特點(diǎn)，可以更廣泛的用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。但是該類并聯(lián)機(jī)器人還存在運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)模型、工作空間、尺寸優(yōu)化、軌跡優(yōu)化等方面研究較少，理論模型與優(yōu)化方案研究較少的問題。
　　針對這些不足，本文以Tripod并聯(lián)機(jī)

2、器人為研究對象，建立幾何模型，通過矢量法與虛功原理對并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)進(jìn)行分析建模，在考慮奇異性與虎克鉸限制的基礎(chǔ)上，通過極坐標(biāo)搜索法求解該并聯(lián)機(jī)器人的工作空間，并且分析了各個參數(shù)對工作空間的影響趨勢。在深入開展理論分析的基礎(chǔ)上，對Tripod的工作空間利用率指標(biāo)、靈巧度指標(biāo)、剛度性能指標(biāo)、動力學(xué)性能指標(biāo)進(jìn)行全局化，提出了一種加權(quán)求和的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)。通過負(fù)載試驗與工作空間掃描試驗對機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)與搜索法得到的工作空間理

3、論模型進(jìn)行驗證。本文的具體研究內(nèi)容包括：
　?。?）運(yùn)動學(xué)以及動力學(xué)模型的建立。簡化并建立Tripod并聯(lián)機(jī)器人的幾何模型，求解其自由度，運(yùn)用矢量法結(jié)合桿長的幾何約束得到Tripod并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)逆解與運(yùn)動學(xué)正解，對其求導(dǎo)得到其速度模型以及加速度模型，通過虛功原理，分析機(jī)械系統(tǒng)中各個運(yùn)動部件在虛位移下所受的廣義力，推導(dǎo)出剛體逆動力學(xué)模型。
　?。?）工作空間及其奇異性分析。通過分析研究運(yùn)動學(xué)逆解，求解該模型的速度雅克比矩

4、陣，通過速度雅克比矩陣分析該機(jī)器人的奇異行位，并對幾種情況下機(jī)器人的奇異性進(jìn)行分析，并且對可能出現(xiàn)的奇異情況進(jìn)行規(guī)避。通過極坐標(biāo)搜索法結(jié)合虎克鉸幾何約束求解機(jī)器人的工作空間，并且通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)的方法，研究機(jī)器人的各個結(jié)構(gòu)參數(shù)對工作空間大小與形狀的影響趨勢。
　?。?）結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化分析。研究影響機(jī)器人性能的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、剛度以及空間利用率的指標(biāo)參數(shù)，并且推導(dǎo)出這些指標(biāo)的公式，求解出運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)、剛度特性與空間利用率基于工作空間

5、的全局指標(biāo)，以全局指標(biāo)的大小作為篩選標(biāo)準(zhǔn)。采用多目標(biāo)優(yōu)化的方法，對這些指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)優(yōu)化，對機(jī)器人的尺寸進(jìn)行全局優(yōu)化篩選排序，挑選出綜合性能最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并且與原始參數(shù)進(jìn)行對比。
　?。?）模型的仿真與試驗驗證。通過Adams與Matlab的聯(lián)合仿真，對之前推導(dǎo)的運(yùn)動學(xué)正逆解、速度與加速度模型進(jìn)行對比驗證。通過激光跟蹤儀對工作空間邊界點(diǎn)進(jìn)行測試，與通過極坐標(biāo)搜索法得到的工作空間進(jìn)行相同 Z平面下的邊界點(diǎn)對比驗證；通過負(fù)載特性試驗對