PRS-XY型串并聯(lián)機(jī)器人全域性能及其優(yōu)化研究.pdf

1、串并聯(lián)機(jī)器人(混聯(lián)機(jī)器人)結(jié)合了串聯(lián)機(jī)器人和并聯(lián)機(jī)器人各自的優(yōu)點(diǎn),已被應(yīng)用到機(jī)床設(shè)計(jì)等領(lǐng)域中。在前人研究的基礎(chǔ)上,本文以一種新型的PRS-XY串并聯(lián)機(jī)器人為研究對(duì)象,進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、全域性能及優(yōu)化等方面的研究。該機(jī)器人具有5個(gè)自由度,由一個(gè)3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一個(gè)XY工作臺(tái)組成。
　　 本文分析了PRS-XY串并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)特點(diǎn),建立了該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解方程,并借助仿真軟件ADAMS驗(yàn)證了方程的正確性。在運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解的

2、基礎(chǔ)上,通過(guò)MATLAB軟件編程繪制出該機(jī)器人的工作空間,并討論了機(jī)構(gòu)尺寸變化對(duì)工作空間體積的影響。在運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的基礎(chǔ)上對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析,采用拉格朗日方法建立了機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程。求解出機(jī)器人的速度雅可比矩陣、海賽矩陣、力雅可比矩陣以及剛度矩陣,在此基礎(chǔ)上求解出運(yùn)動(dòng)學(xué)靈巧度、靜力學(xué)靈巧度、運(yùn)動(dòng)學(xué)全域性能、靜力學(xué)全域性能以及剛度全域性能評(píng)價(jià)指標(biāo),并借助MATLAB軟件繪制出相應(yīng)的性能圖譜,為該機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供一定的理論依

3、據(jù)。在工作空間、運(yùn)動(dòng)學(xué)靈巧度以及靜力學(xué)靈巧度分析的基礎(chǔ)上,以機(jī)器人的機(jī)構(gòu)尺寸為約束條件,以工作空間體積、速度和力靈巧度函數(shù)為子目標(biāo)函數(shù),通過(guò)權(quán)重系數(shù)法建立多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)。通過(guò)MATLAB遺傳算法工具箱對(duì)機(jī)器人的尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,并將優(yōu)化前后的工作空間體積、速度靈巧度以及力靈巧度指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了優(yōu)化的有效性。本文最后借助ADAMS軟件對(duì)該機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真,通過(guò)仿真可以直觀地看出機(jī)器人各構(gòu)件以及驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和受力的變化情況