少自由度并联机器人机构的结构综合方法研究

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现代机构学的最高任务，是为创造适用于现代机械系统的新机构提供系统的理论和有效的方法，并在此基础上创造出满足特定要求的新机构。为了减小机构创新的盲目性，开拓以功能为导向创造满足特定运动性能要求的新机构途径，本文对少自由度并联机器人机构结构综合的方法和过程进行了系统的研究，尤其是针对存在过约束的4、5自由度对称并联机构的结构综合问题进行了深入研究，具体内容包括以下几个方面： 1.以螺旋理论为数学工具，对少自由度并联机器人机构动平台的运动特征和组成并联机构的少自由度串联支链约束力之间的关系进行了分析，利用运动螺旋与约束力螺旋的互易积关系，建立了少自由度并联机构中支链运动螺旋与动平台所需约束力螺旋之间的抽象数学模型，分析了支链约束力螺旋的性质，将组成少自由度并联机器人机构的运动支链定义为力约束支链和力偶约束支链两大类，以利于少自由度串联支链和少自由度并联机构的结构综合。 2.系统研究了力约束支链和力偶约束支链中运动副的配置与支链约束力之间的关系，建立了支链中基本运动副的运动螺旋数学模型，揭示出不同约束支链运动副的配置规律，并据此提出不同类型少自由度串联支链的运动副配置条件，找出了满足相应要求的所有可行支链结构类型，为少自由度并联机器人机构的结构综合奠定了基础。 3.研究了少自由度并联机器人机构结构综合的系统理论，提出了基于螺旋理论的少自由度并联机器人机构的结构综合方法和基本步骤。按照传统机构设计理论，4、5自由度并联机构不可能存在对称的支链结构。为此，利用螺旋理论系统分析了4、5自由度对称并联机构动平台产生过约束的问题，提出了非对称并联机构的设计准则和避免过约束的4、5自由度对称并联机构的设计准则，并根据设计准则列举了大量满足动平台预定运动特征的4、5自由度对称并联机构和非对称并联机构的结构类型，解决了4、5自由度对称并联机构结构综合中过约束的难题。 4.利用螺旋理论对少自由度并联机器人机构的运动自由度、雅可比矩阵和奇异位形进行了分析研究。结合提出的新型少自由度并联机构实例，说明了少自由度并联机构动平台运动自由度的分析方法、雅可比矩阵建立的方法和奇异位形的分析方法。研制开发了一套少自由度并联机器人机构结构综合的软件系统，通过计算机辅助虚拟设计生成满足要求的多种并联机构三维实体模型，结合机械系统动态仿真技术，利用ADAMS软件对一些典型的新机构进行了运动仿真，仿真结果表明了所提方法和研究成果的正确性。

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作者
房海蓉;
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作者单位

北京交通大学;

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授予单位北京交通大学;
学科载运工具运用工程
授予学位博士
导师姓名方跃法;
年度 2005
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类机器人技术;
关键词
螺旋理论; 并联机器人; 机构综合; 并联机构; 运动自由度; 少自由度;

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