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(dòng)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(dòng)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(dòng)學(xué)、動(dòng)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(duì)這些不足，本文以Tripod并聯(lián)機(jī)

2、器人為研究對(duì)象，建立幾何模型，通過矢量法與虛功原理對(duì)并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)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(gè)參數(shù)對(duì)工作空間的影響趨勢(shì)。在深入開展理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)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(dòng)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(yàn)與工作空間掃描試驗(yàn)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)與搜索法得到的工作空間理

3、論模型進(jìn)行驗(yàn)證。本文的具體研究?jī)?nèi)容包括：
　　（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)模型的建立。簡(jiǎn)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(zhǎng)的幾何約束得到Tripod并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解與運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，對(duì)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(gè)運(yùn)動(dòng)部件在虛位移下所受的廣義力，推導(dǎo)出剛體逆動(dòng)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(dòng)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(duì)幾種情況下機(jī)器人的奇異性進(jìn)行分析，并且對(duì)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(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)工作空間大小與形狀的影響趨勢(shì)。
　　（3）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(dòng)學(xué)、動(dòng)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(dòng)學(xué)、動(dòng)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(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)優(yōu)化，對(duì)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(duì)比。
　?。?）模型的仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證。通過Adams與Matlab的聯(lián)合仿真，對(duì)之前推導(dǎo)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解、速度與加速度模型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。通過激光跟蹤儀對(duì)工作空間邊界點(diǎn)進(jìn)行測(cè)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(duì)比驗(yàn)證；通過負(fù)載特性試驗(yàn)對(duì)