空間3-DOF柔性微動操控平臺的設(shè)計和分析.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物醫(yī)學(xué)、精密加工和光纖操作等領(lǐng)域?qū)ξ⒚谆蚣{米級的操作需求越來越多。由于柔性并聯(lián)機(jī)器人具有精度高、體積小、工作空間小、剛度大、無累積誤差等特點，使其在以上微操作領(lǐng)域有了飛速發(fā)展。本文設(shè)計了一種3-RPS型柔性并聯(lián)機(jī)器人。該柔性并聯(lián)機(jī)器人采用德國 PI公司生產(chǎn)的壓電陶瓷P180.4作為驅(qū)動器，使用柔性鉸鏈構(gòu)成三條對稱式支鏈。該機(jī)構(gòu)集精密機(jī)械、驅(qū)動技術(shù)于一體，具有構(gòu)件少、剛度大、經(jīng)濟(jì)性好等特點。
　　首先，本文對用

2、于微操作領(lǐng)域的柔性并聯(lián)機(jī)器人國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了概述。在機(jī)構(gòu)設(shè)計上，考慮到用于微操作領(lǐng)域的機(jī)器人工作空間范圍達(dá)微米級甚至納米級精度，故采用半圓型懸梁式柔性 R鉸、新型柔性 P鉸、圓形柔性 S鉸做為柔性鉸鏈的基本組成單元，并采用壓電陶瓷進(jìn)行驅(qū)動。
　　基于ANSYS對設(shè)計的3-RPS型柔性并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了靜力學(xué)有限元分析，在不同驅(qū)動力下分析其應(yīng)力圖和位移分布圖，實驗結(jié)果表明本文所設(shè)計3-RPS型柔性并聯(lián)機(jī)器人所受應(yīng)力小于彈簧鋼材料的

3、許用極限，其空間位移量為微米級。仿真實驗結(jié)果表明本文所設(shè)計的微操作機(jī)器人可應(yīng)用于在生物醫(yī)學(xué)、光纖對接等領(lǐng)域。
　　本文采用矩陣-矢量法對3-RPS型柔性并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動學(xué)位置正解和反解進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出其輸入/輸出位移方程，其轉(zhuǎn)換矩陣 T僅與結(jié)構(gòu)和初始位置有關(guān)，而與其運(yùn)動無關(guān)。
　　工作空間的確定有利于進(jìn)一步確定機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)的范圍，為機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計與改進(jìn)奠定基礎(chǔ)。工作空間大小受驅(qū)動桿最大伸長量、運(yùn)動副轉(zhuǎn)角及桿件的相互干涉

4、等約束條件的限制。本文根據(jù)極坐標(biāo)搜索法實現(xiàn)了所設(shè)計的柔性并聯(lián)機(jī)器人的工作空間獲取，并采用MATLAB進(jìn)行求解。結(jié)果表明該柔性并聯(lián)機(jī)器人的工作空間范圍為13.6μm╳13.4μm╳2μm，滿足微米級精度，可用于微細(xì)操作領(lǐng)域。
　　最后，由于構(gòu)件的彈性形變、驅(qū)動關(guān)節(jié)內(nèi)部摩擦等因素，使得系統(tǒng)無法精確的按預(yù)定的軌跡運(yùn)動。為了提高柔性并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動精度，本文設(shè)計了一種模糊PID關(guān)節(jié)空間控制算法，并對該算法進(jìn)行 simulink仿真實驗，仿