三自由度3-RPS并聯(lián)機器人剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)研究.pdf

1、三自由度并聯(lián)機器人在并聯(lián)機器人中十分常見，它屬于少自由度并聯(lián)機器人中的一種，并且具有并聯(lián)機器人動力性能較好、結(jié)構(gòu)剛度較大、運動慣性較小、運動精度較高以及承載能力較強等特點，同時具備少自由度機器人結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)實惠、容易控制等特點。因此，三自由度并聯(lián)機器人被普遍應(yīng)用在要求達(dá)到高速度、高精度、高剛度以及良好的動態(tài)特性等場合，在這些領(lǐng)域具有較高的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景。
　　三自由度并聯(lián)機器人方面的研究，目前主要集中在控制學(xué)、動力學(xué)、

2、運動學(xué)以及機構(gòu)學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域。大多對并聯(lián)機器人動力學(xué)的研究只是對剛體構(gòu)件進(jìn)行了動力學(xué)分析，研究過程中是將所有構(gòu)件都看作為剛體，構(gòu)件在運動時不發(fā)生任何彈性變形。因此，這種只對并聯(lián)機器人的剛體動力學(xué)作分析，不能真實地反映出構(gòu)件中剛體與柔性體之間在運動過程中由于彈性變形發(fā)生的耦合關(guān)系，也就不能真實地反映出柔性體變形對并聯(lián)機器人末端動平臺運動精度的影響及構(gòu)件力學(xué)性能。
　　隨著機器人在實際工作中對精度和效率等要求的越來越高，對具有柔性的并聯(lián)

3、機器人研究將成為人們對機器人研究的新領(lǐng)域。因此，進(jìn)行該方面的研究是有非常重要的現(xiàn)實意義及理論價值。本文以含有柔性構(gòu)件的三自由度3-RPS并聯(lián)機器人為研究對象，比較全面的研究了該類型機器人在動力學(xué)建模、創(chuàng)建柔性體、剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)仿真分析等方面的問題，具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，對含有柔性桿件的三自由度3-RPS并聯(lián)機器人進(jìn)行剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)建模。動力學(xué)建模主要有牛頓-歐拉法(Newton-Euler)、拉格朗日(Lagrange)方

4、程法和凱恩(Kane)方程法等幾種方法，凱恩方程法既適用于剛體建模也適用于柔性體建模，計算較為簡單。故運用凱恩方程法推導(dǎo)出了三自由度并聯(lián)機器人剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)方程，對其創(chuàng)建了動力學(xué)模型。
　　其次，對三自由度3-RPS并聯(lián)機器人的三條支鏈的上、下連桿進(jìn)行柔性體創(chuàng)建。將機器人所需柔性體轉(zhuǎn)換的部件導(dǎo)入ANSYS有限元軟件中，通過選擇單元類型、定義單元實常數(shù)、選擇材料屬性、創(chuàng)建節(jié)點、進(jìn)行網(wǎng)格劃分、創(chuàng)建剛性區(qū)域和生成.mnf格式中性文件等步

5、驟完成柔性連桿創(chuàng)建。
　　再者，對三自由度3-RPS并聯(lián)機器人運用ADAMS軟件進(jìn)行剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)仿真分析。分別對剛?cè)狁詈夏Ｐ团c剛體模型做了動力學(xué)仿真，得出了兩種模型機器人末端動平臺質(zhì)心的位移、速度、加速度和關(guān)節(jié)的力、力矩等仿真結(jié)果。
　　最后，對比了剛體模型和剛?cè)狁詈夏Ｐ蛢煞N情況的仿真結(jié)果，分析了它們的位移、速度和加速度的偏差以及力、力矩的偏差等的變化情況。研究結(jié)果表明：該機器人在運動過程中，存在的彈性變形等問題對末端動平