一種新型6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)的研究.pdf

1、并聯(lián)機(jī)器人以其承載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)精度高、剛度大、運(yùn)動(dòng)慣量小等一系列優(yōu)點(diǎn)，在國民生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛。6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人是一種具有較多構(gòu)型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，本文在對(duì)國內(nèi)外并聯(lián)機(jī)器人理論、應(yīng)用與發(fā)展分析的基礎(chǔ)上，對(duì)一種新型6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、控制系統(tǒng)以及相應(yīng)的系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了深入的探討和研究。該類型并聯(lián)機(jī)器人可以應(yīng)用在加工機(jī)床與醫(yī)療等相關(guān)領(lǐng)域。
　　本文中的6-PRRS機(jī)構(gòu)是眾多并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型中的一種，其特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)

2、部分由6個(gè)直線運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)成，而驅(qū)動(dòng)部分又有多種空間布置形式。文中討論的6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人采用最近出現(xiàn)的將驅(qū)動(dòng)部分布置成平行的形式，但區(qū)別于其它PRRS機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是直線驅(qū)動(dòng)部分不共面并且采用螺旋驅(qū)動(dòng)的形式，這是一種新的驅(qū)動(dòng)組合方式。這種布置形式從結(jié)構(gòu)上決定該機(jī)器人具有較大的運(yùn)動(dòng)空間，也因其驅(qū)動(dòng)的平行布置，為其快速運(yùn)動(dòng)奠定了基礎(chǔ)。
　　分析了6-PRRS機(jī)器人的正奇異、逆奇異以及復(fù)合奇異，在該并聯(lián)機(jī)器人奇異分析中提出空間瞬時(shí)軸概念

3、，給包含本并聯(lián)機(jī)器人在內(nèi)的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)奇異做出基于空間幾何形式的解釋。同時(shí)應(yīng)用空間瞬時(shí)軸概念以及旋量理論對(duì)機(jī)構(gòu)奇異與雅可比矩陣奇異的對(duì)應(yīng)性也做出相應(yīng)的分析、證明與描述。提出一種本6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人特有的復(fù)合奇異形式。應(yīng)用線性叢理論對(duì)空間瞬時(shí)軸的求解方法做出相應(yīng)分析。此外結(jié)合旋量理論與指數(shù)基分析了6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人的完全運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，也對(duì)機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)逆解、雅可比矩陣做出逐一的分析與研究。
　　對(duì)該6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人的工

4、作空間與運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析，分析出6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)工作空間的影響情況，找到影響工作空間大小的敏感因素，由其自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)證明其在理論上有無限大工作空間。研究了本并聯(lián)機(jī)器人的可操作度與各向同性情況，通過計(jì)算實(shí)例證明該機(jī)器人的可操作度與各向同性指標(biāo)優(yōu)良，同時(shí)也由這些特性證明該并聯(lián)機(jī)器人具有適合快速運(yùn)動(dòng)的特性。
　　在動(dòng)力學(xué)方面提出一套適合本文并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)建模簡(jiǎn)化方法，基于拉格朗日方法以及虛功原理建立系統(tǒng)動(dòng)力

5、學(xué)計(jì)算模型，并給出仿真實(shí)例，為該并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)控制奠定基礎(chǔ)；在靜力學(xué)方面，給出關(guān)于導(dǎo)軌分布形式不同時(shí)連桿受力分析的對(duì)比，仿真分析說明了導(dǎo)軌高度分布變化可以帶來相當(dāng)可觀的工作空間的增大，說明此類機(jī)構(gòu)具有很好的應(yīng)用價(jià)值。
　　作為分析本并聯(lián)機(jī)器人靜剛度的一個(gè)重要組成因素，采用有限元分析軟件對(duì)6-PRRS機(jī)器人剛度與變形進(jìn)行了分析，由此為實(shí)際機(jī)器人的設(shè)計(jì)提供直接的參考數(shù)據(jù)。而采用虛功原理方法分析了機(jī)器人在其工作空間內(nèi)的靜剛度分布情況

6、，為機(jī)器人的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參照。
　　本文采用CMAC+PD的并行控制方法，以及基于指數(shù)趨近率的滑模變結(jié)構(gòu)方法的6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人控制方法，并給出對(duì)本機(jī)器人控制的仿真實(shí)驗(yàn)。這兩種控制方法克服了常規(guī)控制器所不能避免的一些弊端，使控制效果得到提高。在完成以上理論分析等基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包含6-PRRS并聯(lián)機(jī)器人本體與相應(yīng)的控制系統(tǒng)。在此平臺(tái)上完成運(yùn)動(dòng)學(xué)演示實(shí)驗(yàn)與軌跡測(cè)試與分析實(shí)驗(yàn)，以上實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了相關(guān)理論分析的正確性，也