三自由度绳驱动并联机器人运动学和动力学研究

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并联机器人是一种新兴的机器人,它具有刚度大、承载能力强、精度高、自重负荷比小、动力性能好、位置误差不累积等一系列优点,与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系,扩大了机器人的应用领域。并联机器人由于其运动速度高、定位准确性良好,在装配、包装、点焊等很多领域都有很广的发展潜力。所以近些年来并联机器人的研究成为国内外学者研究的热点。  本文的研究对象为一种具有三个自由度的绳驱动并联机器人,由动静平台及三根摆杆、绳、气缸组成,驱动电机直接固定在静平台上,与摆杆相连,轻质的绳取代了连杆,连接到机器人的执行末端件上,减小了机器人执行端的质量,此类机器人惯性小,运动灵活且精度较高,具有良好的运动和力传递特性。  本文对三自由度绳驱动并联机器人的结构进行了详细的分析,给出了空间机构自由度的计算公式,并进行了计算;建立了运动学模型,确定了各个构件的空间位姿,对机器人进行了正向运动学及逆向运动学分析,推导出计算公式,并进行了数值验证。通过位置反解公式,对机器人的工作空间进行了分析;对绳的张紧性问题作了详细的叙述,最终求得在任意允许的外力作用下,使得绳张紧的支架力的解析式;应用最广泛的牛顿-欧拉方法建立了机器人的动力学模型,推导出此类机器人的雅可比矩阵,并对机器人的速度和加速度进行分析。  最后,通过Pro/E软件,绘制出三自由度绳驱动并联机器人的虚拟样机,建立了动态模型,实现了样机的运动仿真。
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