【摘 要】
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传统的工业机器人主要以串联机器人为主,具有工作空间大的优点,但是累计误差大,在一定程度上限制了机器人向着高精度的方向发展;另外,驱动装置主要安装在各个关节处,会产生较
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传统的工业机器人主要以串联机器人为主,具有工作空间大的优点,但是累计误差大,在一定程度上限制了机器人向着高精度的方向发展;另外,驱动装置主要安装在各个关节处,会产生较大的转动惯量,降低动力学性能;相对于串联机构而言,并联机构的结构刚度较大,结构紧凑,但是工作空间比较小。为此,本文设计了一种底座可沿轨道滑动的六自由度工业机械臂。可动的底座进一步扩大了机械臂的工作范围;分别由两个滚珠丝杠驱动的新型双平行四边形机构的引入,增加了工业机械臂的结构刚度;关节驱动装置一般比较重,滚子丝杠驱动的引入将原本在肩关节和肘关节的驱动装置转移到离中心转轴和基座较近的地方,这样不仅减小了驱动装置的转动半径,而且降低了其高度,改善了工业机械臂的动力性能。本文设计的机械臂不仅满足以上优点,而且具有较大的工作空间和良好的工作空间性能,具有较好的灵活性。本文针对该机械臂先后做了运动学分析、轨迹规划、工作空间的求解与性能分析、机构性能分析和机构动力学分析。运动学分析是后续研究内容的基础,采用D-H法进行正逆运动学方程的求解;轨迹规划的研究分别针对任务空间和关节空间进行,先在任务空间规划了具有代表性的螺旋轨迹,然后利用逆运动学方程求解出关节空间的输入时间序列,采用了高次多项式拟合的方式完成关节空间的轨迹规划;在工作空间的研究中,分别阐述了“遍历法”和“边界法”对工作空间进行求解分析,并对比验证两种方法与传统方法的效果,随后对机械臂的工作空间性能做了分析;为了进一步分析该机械臂的机构性能,采用了影响系数法对机构的速度性能、加速度性能、灵巧性等方面进行了进一步分析;最后对该机构进行了动力学分析,并进行了数值仿真,得出了各关节驱动力矩的运动规律,进一步验证了轨迹规划的效果。
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