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《浙江理工大学》 2010年
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2-PPa移动并联机构运动学设计

张祖华  
【摘要】: 本文主要研究2-PPa移动并联机器人在水平与竖直两种装配构型下的运动学优化设计,主要工作和研究成果可概括为如下几个方面: 根据导轨的放置,将2-PPa移动并联机器人分为两种:竖直构型和水平构型。为了解决杆件干涉问题,加入一个滑块角度,减少干涉对工作空间的影响。根据各自的结构简图,定义机构参数,建立动平台和固定平台的坐标系,构造出各自的位置正解,逆解。并根据正逆解方程,给出驱动关节到动平台输出的速度映射矩阵,即雅克比矩阵。借助位置逆解和雅克比矩阵,计算工作空间中各个位形雅克比矩阵的行列式,得到奇异位形的求解方法。通过对雅克比矩阵表达式的分析,给出两种2-PPa移动并联机器人发生奇异位形时需要满足的位形和结构特征。 根据工作空间与两种2-PPa移动并联机器人尺度参数的关系,研究极限夹角与各自尺度参数的关系函数。从运动学和静力学的角度出发,构造出两种并联机器人从驱动关节到动平台输出的速度、承载力、条件数、刚度映射模型,定义速度、承载力、条件数和刚度等各项性能指标,并结合(机构/所需工作空间)面积比,避免杆件材料的浪费.最终整合上述性能指标,构造一个综合性能指标。给出所需工作空间范围,和杆件的装配参数,结合杆件的干涉角度,绘制各种关于极限夹角的全域性能图谱,利用性能图谱进行结构参数的优化设计。利用Matlab的GUI工具将两种方式的2-PPa移动并联机器人的相关信息,各种全域性能图谱的算法整合到一个应用模块中,为设计者提供方便。 并根据优化结果,通过SolidWorks建模软件与ADAMS分析软件,建立虚拟样机,在虚拟样机中,对动平台进行位移,速度以及加速度的运动学分析。 根据虚拟样机的分析结果,建造实体样机,搭建了基于NI公司PCI-7340运动控制卡和Haydon步进电机的运动控制系统,指定预定轨迹,完成实验目的。 本文的研究工作对2-PPa移动并联机器人的开发有重要指导意义
【学位授予单位】:浙江理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP242

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