面向协同装配的3T1R并联机构分析、优化与轨迹规划研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caonisbma
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工业机器人在汽车装配领域已经成功应用多年,然而,由于3C(Computer,Communication,Consumer Electronics)产品具有体积小、质量轻以及装配精度要求高的特性,其装配仍然以人工为主,是目前3C制造业人工使用最多的环节。随着人力成本的持续上涨,装配工序自动化的实现迫在眉睫。但现有的工业机器人都难以同时满足3C产品装配对高精度,高灵巧性,低成本的要求。因此,基于对3C装配工艺的分析,本课题组提出的一种由4自由度3T1R机构与3自由度3R机构构成的冗余自由度商联机构是一种可行的解决方案。本文针对其中的4自由度3T1R机构提出了一种新型3T1R并联机构构型—2PRPaRR-2PRPaR。不同于大多数研究的3T1R机构,其旋转运动通常都是绕垂直于基座平面的轴线,且其主要应用于高速的拾放操作领域,本文所研究针对3C产品装配的3T1R机构具有绕平行基座平面方向的旋转自由度。本文对此机构进行了运动学建模,实现了其运动学正逆解的求取、奇异位形与工作空间的分析。并针对3C装配的特点,建立了此机构的尺度优化目标函数,使用无量纲雅克比矩阵条件数作为机构的运动性能评价指标,采用遗传算法作为优化方法对优化问题进行求解,通过分析优化前后的运动性能差异,验证了机构尺度优化的有效性。基于分析和优化的结果,完成了此机构的三维模型设计,零件选型和样机开发,基于所开发的样机完成了机构优化设计的性能验证。在上述基础上对此机构参与协同装配运动时的轨迹规划问题也进行了研究,与此机构进行协同运动的另一并联机构为3-PSS/S机构。为了解决6自由度的装配示教轨迹如何分配到带冗余自由度的两个并联机构上的问题,提出了一种主从分配策略,将冗余自由度上的运动进行了合理分配。并在关节空间下使用三次B样条曲线插值法对机器人的运动轨迹进行了规划,保证了整个运动轨迹的平滑性。在搭建完成的V-REP仿真环境下,设计了仿真装配实验,并基于所开发的样机完成了实验验证,实验结果表明使用此3T1R机构进行协同装配完全可行。
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