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《燕山大学》 2002年
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新型六自由度正交并联机器人设计理论与应用技术研究

金振林  
【摘要】: 提出四种新颖的具有正交位姿的六自由度三维平台并联机器人,它们是2-2-2-SPS三维平台并联机器人、3-2-1-SPS三维平台并联机器人、2-2-2-PSS三维平台并联机器人和3-2-1-PSS三维平台并联机器人。这四种三维平台并联机器人处于正交位姿时,都具有受力变形无耦合的特点,对于2-2-2-SPS三维平台和2-2-2-PSS三维平台并联机器人,同时具有运动学与力学各向同性的特点,这些特点使它们特别适合于作为六自由度微操作手和机器人六维力传感器结构。 基于2-2-2-PSS三维平台并联机器人和3-2-1-PSS三维平台并联机器人机构,提出两种新颖的六自由度三维平台并联微操作手,推导出显式的位置正反解方程,分析微位移传递性、运动传递性能、静力传递性能及其与结构几何参数关系,这对微操作手的结构设计和驱动器的选择非常有意义。这两种微操作手用柔性铰链替代球铰,用柔性框架替代直线移动副,本体为整体式结构,具有结构紧凑灵巧、分辨率高、微位移解耦、算法和控制简单等优点。 针对以Stewart平台为原型的六自由度并联机床各向同性和工艺性差等问题,提出一种基于2-2-2-SPS三维平台并联机器人机构的新型六自由度三维平台并联机床。分析其结构和装配工艺性,研究其定位姿工作空间及机床结构参数对工作空间大小的影响,基于Jacobian矩阵和力Jacobian矩阵中同量纲元素构成的子阵,提出该并联机床在任意位姿的运动/力学传递各向同性评价指标、运动学传递能力评价指标和承载能力评价指标;基于柔度矩阵中同量纲元素构成的子阵,提出该并联机床在任意位姿的力-位置柔度评价指标、力-姿态柔度评价指标、力矩-姿态柔度评价指标和力矩-位置柔度评价指标;研究各性能指标在定位姿工作空间内的分布情况。 提出该并联机床的全域运动/力学传递各向同性性能评价指标、全域运动学传递能力评价指标、全域承载能力评价指标和全域柔度评价指标,在建立的几何空间模型中研究机床结构参数与各全域性能指标的关系并给出性能图谱。应用模糊信息处理技术,研究基于性能图谱的机床结构参数的模糊决策方法,这种决策方法对机床结构参数可能选取的值进行了科学的分析与定量的比较,决策出的机床结构参数更合理,为实现并联机床全局最优的结构参数的计算机辅助优化设计提供了一条新途径。 提出并分析三种新颖的并联结构六维机器人手指/腕力传感器,它们是基于2-2-2-SPS三维平台并联机器人机构的各向同性结构六维机器人腕力传感器、基于3-2-1-SPS三维平台并联机器人机构的六维机器人腕力传感器和基于等平台Stewart机构的六维机器人手指/腕力传感器。研究基于等平台Stewart机构的六维机器人手指/腕力传感器的参数设计方法,研制了多种并联结构六维机器人手指/腕力传感器样机和可实现三维力和三维力矩加载的六维力传感器的标定装置,对基于等平台Stewart机构的六维机器人手指力传感器样机进行了标定实验与分析。 本论文的研究工作为具有自主知识产权的并联机器人技术的产业化奠定了基础。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TP242

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前5条
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中国博士学位论文全文数据库 前7条
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【参考文献】
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【共引文献】
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7 胡英;吴德烽;;一种柔性检测机器人的运动学研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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10 丁训良;谢川;蒋国松;童宏胜;;单向转动副的自行车脚蹬装置[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
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1 常艳艳;水下运载器对接装置虚拟仿真系统关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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3 梁桥康;特殊应用的多维力/力矩传感器研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
4 张克涛;变胞并联机构的结构设计方法与运动特性研究[D];北京交通大学;2010年
5 皮阳军;电液伺服并联六自由度舰船运动模拟器轨迹跟踪控制及其应用研究[D];浙江大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 王玉柱;新型三维平动并联微操作机器人的分析与设计[D];燕山大学;2011年
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7 苑会领;基于Stewart平台的预紧式六维力传感器的研制与开发[D];燕山大学;2003年
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【二级引证文献】
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9 崔冰艳;仿生机器人并联关节/运动单元的性能分析与设计[D];燕山大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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1 金振林;新型六自由度正交并联机器人设计理论与应用技术研究[D];燕山大学;2002年
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3 朱春霞;基于虚拟样机的并联机床若干关键技术的研究[D];东北大学;2008年
4 赵亮;一种2UPS-UPR并联机床的设计理论与关键技术研究[D];东北大学;2010年
5 卢强;基于stewart平台机构的并联机床设计理论及方法研究[D];南京理工大学;2002年
6 李鹭扬;6-SPS型并联机床若干关键理论研究[D];南京航空航天大学;2007年
7 范守文;混联结构并联机床的研究[D];四川大学;2002年
8 孙坚;基于生物智能的六自由度并联机构运动控制及其仿真研究[D];东华大学;2009年
9 陈铁华;六自由度力反馈双向伺服控制策略研究[D];吉林大学;2010年
10 周雪峰;六自由度双足机器人步行研究[D];华南理工大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王超;浮体六自由度测量系统的硬件设计与实现[D];大连理工大学;2004年
2 伍英华;六自由度一体式坦克模拟器误差特性及控制[D];大连理工大学;2010年
3 张丹丹;高压特种作业机械手的研究[D];吉林大学;2011年
4 陈树涛;非接触式双CCD浮体六自由度测试仪的图像研究[D];大连理工大学;2004年
5 魏玉凤;纳米六自由度微动工作台机械设计[D];合肥工业大学;2004年
6 沈海滨;基于立体视觉的浮体六自由度测量 [D];大连理工大学;2006年
7 潘海兵;草方格铺设机器人振动系统的研究[D];东北林业大学;2006年
8 刘伟明;波浪中船舶六自由度“操纵—摇荡”耦合运动数值仿真[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 刘小初;六自由度运动模拟器结构参数分析设计[D];哈尔滨工业大学;2006年
10 梁斌;3R3T六自由度绳牵引并联机构系统分析与运动控制[D];厦门大学;2008年
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