【摘 要】
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二自由度并联机器人广泛应用于高速、高精度的场合,对机器人构件性能和控制系统性能的要求也越来越高。提高二自由度并联机器人速度和精度要求使用轻型、高强度以及低惯量的构
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二自由度并联机器人广泛应用于高速、高精度的场合,对机器人构件性能和控制系统性能的要求也越来越高。提高二自由度并联机器人速度和精度要求使用轻型、高强度以及低惯量的构件,但与此同时会增加成本和设计、控制的难度。如何有效改善并联机器人结构设计,以实现高速、高精度的操作,是此类机器人样机开发亟需解决的问题。本文提出了一种新型交叉型平面二自由度并联机构,与现有二自由度并联机构相比,具有工作空间与机构尺寸比较大、结构简单、性能良好,制造成本低,易于控制等优点,本文主要工作和研究成果如下:(1)建立了交叉型平面二自由度并联机构运动学模型,推导出雅可比矩阵,分析了奇异性;在定义了导轨长度、动平台长度以及工作空间与机架尺寸比等性能指标基础上,分析了这些指标与交叉构型和非交叉构型并联机构的关系,并得到了相应的性能图谱;基于空间模型理论得到了优质尺度域,并选择一种运动性能较好的并联机构。(2)运用拉格朗日法,建立了交叉型平面二自由度并联的逆动力学模型,并分析了动力学性能;利用S型速度曲线,优化了滑块的运动轨迹,该轨迹能使动平台运动平稳、冲击、振动小;预估计出作用滑块上的最大外力和等效质量,并选择了合适的伺服电机。(3)分析了不同位型下的振型特性,得到了前两阶振型为移动,第三阶振型为扭动的结论,该结论为并联机械手的样机设计提供理论参考(4)为实现运动学分析的可视化,应用并联机器人运动学分析理论,设计一款基于Labview+SolidWorks的运动学仿真平台。(5)基于上述的研究成果,建造出一台交叉型平面二自由度并联机械手样机。(6)机械手抓取过程试验本文研究工作对开发高速、轻型、高性能平面并联机构具有重要指导意义。
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