過約束五自由度混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究

過約束五自由度混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究具有兩移動(dòng)一轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(2T1R) 和兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)自由度 (2R1T) 過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu) , 具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn) , 已成為少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的研究重點(diǎn)?；?3 自由度過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)所構(gòu)造的過約束5 自由度混聯(lián)機(jī)器人 , 融合了串聯(lián)機(jī)器人工作空間大、靈活性好以及并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度大、承載能力強(qiáng)的特點(diǎn), 被廣泛應(yīng)用于空間復(fù)雜曲面的零部件加工領(lǐng)域。本文針對航空航天、汽車、船舶等領(lǐng)域復(fù)雜曲面加工任務(wù)要求, 開展過約束5 自由度混聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及理論研究。主要研究內(nèi)容如下: 借助螺旋理論對組成少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的常用典型分支進(jìn)行了約束分析, 并按分支的平面與空間運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)對其進(jìn)行分類 ; 在 2R1T并聯(lián)機(jī)構(gòu)中 , 其中具有 2 條連續(xù)轉(zhuǎn)軸的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)解耦性好 , 使其運(yùn)動(dòng)學(xué)模型簡單 , 易于得到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)解析解, 故對轉(zhuǎn)動(dòng)自由度轉(zhuǎn)軸與分支結(jié)構(gòu)約束的關(guān)系進(jìn)行分析; 對剛體繞 2 軸線連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況進(jìn)行研究 , 旨在得到分支布置對運(yùn)動(dòng)副的影響。對綜合出的 2T1R平面并聯(lián)機(jī)構(gòu) 3PRR進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn) , 增設(shè) 1 條 PRR分支 , 組成驅(qū)動(dòng)冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 為增加了機(jī)器人的可研究性, 對機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺拆分設(shè)計(jì) , 使其成為易于實(shí)現(xiàn)變胞機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)冗余平面并聯(lián)機(jī)構(gòu), 機(jī)構(gòu)的變胞性有助于實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)冗余和驅(qū)動(dòng)冗余模式的切換?；诘玫降?2PRR2+R平面并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)造出新型5 自由度混聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型 ,并對其并聯(lián)部分進(jìn)行了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及剛度分析, 基于靈活性指標(biāo)完成了機(jī)構(gòu)的尺寸優(yōu)化 , 對機(jī)構(gòu)分支進(jìn)行了結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并完成樣機(jī)研制。根據(jù) 2R1T并聯(lián)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度轉(zhuǎn)軸位置, 對 2R1T并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類 , 給出構(gòu)造 5 自由度混聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型原則, 然后基于綜合出的具有2 條連續(xù)轉(zhuǎn)軸的2RPU/UPR并聯(lián)機(jī)構(gòu) , 給出 5 自由度混聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型方案。根據(jù)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸性質(zhì) , 提出構(gòu)造混聯(lián)機(jī)器人等效串聯(lián)模型法, 借助混聯(lián)機(jī)器人的等效串聯(lián)模型 , 對機(jī)構(gòu)進(jìn)行了位置、 速度和加速度正反解分析; 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型對混聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析、剛度分析和仿真驗(yàn)證; 提出驅(qū)動(dòng)力穩(wěn)定性性能指標(biāo) , 結(jié)合力傳遞性和動(dòng)平臺轉(zhuǎn)動(dòng)能力性能指標(biāo), 對 2RPU/UPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化。最后 , 基于理論分析結(jié)果完成5 自由度混聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和樣機(jī)研制。在 2R1T位置型 2UPU/SP并聯(lián)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上 , 串接 2 自由度 AC調(diào)姿頭 , 組成 5自由度混聯(lián)機(jī)器人。分析了2UPU/SP并聯(lián)機(jī)構(gòu) 2 轉(zhuǎn)軸的性質(zhì) , 結(jié)果顯示該機(jī)構(gòu)具有 2 條順序連續(xù)轉(zhuǎn)軸 ; 建立了 2UPU/SP并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型, 并對其進(jìn)行了仿真驗(yàn)證 ; 基于運(yùn)動(dòng) / 力傳遞功率性能指標(biāo)并綜合考慮規(guī)劃的工作空間, 確定了 2UPU/SP并聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵尺寸 ; 最后 , 建立了 2 種分支形式的 5 自由度混聯(lián)機(jī)器人三維模型 , 并列出混聯(lián)機(jī)器人模塊化配置方案。對設(shè)計(jì)的 3 種混聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行對比分析 , 以 2RPU/UPR+R+P5自由度混聯(lián)機(jī)器人為例展開實(shí)驗(yàn)研究?；谖靼嘌?FAGOR CNC8070系統(tǒng)搭建 2RPU/UPR+R+P 自5由度混聯(lián)機(jī)器人控制系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)混聯(lián)機(jī)器人5 軸聯(lián)動(dòng)。搭建加載平臺實(shí)現(xiàn)2RPU/UPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)側(cè)向剛度對比實(shí)驗(yàn), 基于遺傳算法辨識分支桿長零點(diǎn)誤差 , 并完成球冠零件的加工實(shí)驗(yàn)。