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《安徽工程大学》 2015年
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并联机器人动力学参数测试方法及实验验证

胡如方  
【摘要】:并联机器人是运用范围比较广的空间机构,它具有串联机器人所不具备的刚度大、动力性能好、末端执行件惯性小等优势,这种优势在高速、重载的工作条件下更加显著,也因此拓宽了并联机器人的应用范围,被广泛的用于航空、制造业、军事、海洋开发、医疗、服务等领域。在现代机械制造业和自动化行业研究浪潮中,并联机器人占据了主导地位。在我国,针对并联机器人的机构学、运动学等方面的研究相对比较成熟,对其动力学研究还不多,随着社会对并联机器人的需求日益增多,对其动力学的研究也刻不容缓。新型3-PSS并联机器人具有输出精度高、承载能力强、结构简单、逆解唯一等优点。换言之,新型3-PSS并联机器人既有一般并联机器人的优点又克服了一般并联机器人正、逆运动学多解的弊端,从而使基于逆解的机构学研究易于应用。本论文在结构理论、三维建模、运动学分析、动力学分析、参数测试等专题进行了研究,阐述了各专题研究的意义及其相互关系。基于机构学理论,本文首先运用三维软件Pro/E对3-PSS并联机器人进行了虚拟样机;其次,由于机构的运动学分析是其工作空间、动力学、轨迹规划、误差分析等研究的基础,所以基于力学理论对其进行运动学分析。并联机器人的运动学包括正、逆运动学两部分,本文就其逆运动学进行了研究,分析动平台的空间运动特性,通过位置的输入输出关系推导出动平台的位姿方程;在此基础之上求得滑块、链杆的速度、角速度方程式,建立逆运动学模型;将运动学模型离散化,运用Matlab平台得到3-PSS并联机器人在不同欧拉角、不同动平台运动轨迹下的滑块和链杆的位移、速度曲线及上、下球铰分别与动平台、滑块形成的角位移、角速度曲线。利用凯恩方法推导动力学方程可以减少计算步骤进而提高计算效率。本论文在运动学分析的基础之上,基于Kane方法进行动力学建模,包括:求解偏速度、偏角速度、广义主动力及力矩、广义惯性力及力矩等。同时,运用Matlab平台和ADAMS软件对其动力学模型进行仿真,对比分析结果,借此验证理论模型的正确性。为以后的轨迹规划、动力学性能优化及实时控制提供有力的理论支持。鉴于目前存在的空间并联机器人运动学参数在线测量困难的问题,本文提出了基于激光跟踪的解决办法。其基本思路是:在保证动平台运动轨迹与理论模型的运动轨迹相同的前提下,用激光跟踪仪追踪在动平台上布置的三个marker点即测量点,依据这三个测量点(三个测量点共面不共线)的动态测量数据,快速计算出各个被测构件的全部运动学参数。
【学位授予单位】:安徽工程大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP242

【参考文献】
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