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六自由度钢带并联机器人失稳有限元分析

苏先义  
【摘要】: 并联机器人是近年来机器人领域的一个研究热点,在工业中的应用领域日益广泛。目前并联机器人按运动链的结构形式分为杆支撑并联机构和绳牵引并联机构两大类,杆支撑并联机构具有结构刚度好、承载力强等特点,但存在工作空间较小、奇异点上无法达到驱动的目的等问题。绳牵引并联机构具有结构简单、惯性小、平动空间大等特点,但绳只能承受拉力,不能承受压力。以弯曲截面的钢带为驱动方式的钢带并联机器人,既能承受一定的压力,又能承受很大的拉力,并且具有相当大的工作空间,这种新型钢带并联机器人进一步拓宽了并联机器人的应用领域。 本文主要研究了钢带并联机器人的失稳力随钢带结构、尺寸、钢带并联机器人位姿的变化规律和一定负载时的工作空间,研究工作包括: 1.研究了新型六自由度钢带并联机器人的具体结构。 2.针对弯曲截面的薄壁钢带的失稳问题,介绍了结构稳定性理论,分析了失稳类型、屈曲准则和在ANSYS软件中进行屈曲分析的方法。给出了弯曲截面钢带这种开口薄壁类型杆件的失稳临界力的计算方法。 3.介绍了钢带并联机器人的工作原理,从总体上分别设计出无滚轮装置和带滚轮装置六自由度钢带并联机器人,给出了相应的设计参数,对两种类型的六自由度钢带并联机器人的零部件结构进行了详细设计。 4.建立了六自由度钢带并联机器人的受力分析数学模型,得到动平台尺寸和位姿变化时,各钢带的受力变化规律。在不同钢带尺寸和动平台位姿的情况下,分别对异形截面和圆弧形截面的单根钢带、两根钢带联接体,以及由六根钢带组成的钢带并联机器人进行失稳力分析,得出其失稳力变化规律和一定负载时的工作空间。


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