一种3自由度并联机器人的动力学分析

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  在对国内外并联机器人研究现状分析的基础上,论文研究了一种动平台的工作空间为立方体结构的3自由度的纯平动的并联机器人的动力学问题。这种机器人在X 、Y、Z方向存在解耦运动,并且机构中只含有旋转副,总共包含有21个旋转副。通过研究机构的运动学、动力学可以了解机构的在执行过程中的基本信息,进而,将机构的运动进行虚拟仿真,从而得到机构真实的运行情况,得到机构运行时速度和力的曲线,通过调整输入来达到我们想要的运行路径。为了能够在现实中实现成本最小化,利益最大化,我们要将所需扭矩的大小和杆件的长度相结合,得到优化机构,从而达到在选择电机时使成本最小化。在此过程中论文取得以下主要成果:   (一)使用“普吕克坐标法”研究机构的结构及自由度,得到机构为冗余性机构;求解机构的位置的正解和逆解,并得到相应的速度的正解和逆解,从而得到与机构位置和速度相关的条件;由速度和位置的分析得到机构的奇异位型,以及机构的工作空间。   (二)进行机构各个杆件和动平台的动能和势能的计算,使用拉格朗日法对3-DOF 平动正交并联机器人的动力学进行数学建模,以其建立机器人驱动力与系统运动参数之间的动力学关系模型,从而使得动力学的研究更加透彻。   (三)利用三维实体软件SolidWorks对机构进行实体建模,并在实体软件中初步实现机构的给定轨迹运动;然后将三维实体模型通过格式转换,将其导入到Adams软件中进行动力学模拟,通过给定机构的运动轨迹得到杆件和运动副的速度和力图像,进而得到机构的驱动输入角度曲线。将得到的曲线进行近似优化,用确切的函数将曲线表示出来,然后将新函数输入到机构所添加的驱动中,使得动平台运动,从而得到机构的仿真运行情况。   (四)为了在现实中减小电机的功率,从驱动和杆件的重量来考虑,可以对机构的杆长进行优化。进而选择转矩较小的电机。
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