三自由度冗余驱动混联机器人的性能分析及参数优化

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1、分类号：TH1210710-2013125021硕士学位论文三自由度冗余驱动混联机器人的性能分析及参数优化代然导师姓名职称惠记庄教授申请学位级别硕士学科专业名称机械制造及其自动化论文提交日期2016年5月13日论文答辩日期2016年6月3日学位授予单位长安大学PerformanceAnalysisandParameterOptimizationof3-DOFRedundantlyActuatedHybridRobotADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：DaiRanSupervisor：Pro

2、f.HuiJizhuangChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行硏究工作所取得的成果。除论文中已经注明引巧的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承擅。论文作者签名：？／＾年＾月＾曰乃｜论文知识产权权属声明。本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校学校享有Ｗ任何方式发表、借闽Ｗ及申请专利等权

3、利。本人离校后发表或使、复制、公开阅览。用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学（涉密论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年Ａ月日起Ｊ■年曰导师签名，＞ｅＶ《＾月Ｊ摘要混联机器人是串联机构和并联机构的综合，将两者的优点结合起来，能够满足高速高精度的工作要求，并具有更大的工作空间，更好的适用性。本文所研究的三自由度冗余驱动混联机器人是在固高科技的平面二自由度冗余驱动并联机器人的基础上，在其末端执行器处增加了一个串联Z轴，一方面保留了并联机构的优势，另一方面扩大了机构的工作空间，使其可以实现空间三自由度运动

4、。对三自由度冗余驱动混联机器人的运动学进行分析，由于该机构的并联部分和串联Z轴之间不存在耦合性，需分别对其进行研究。首先建立了并联机构的数学模型，采用闭环矢量方程对其位置反解和正解进行分析，得出了机构不同的装配构型，然后基于运动影响系数法进一步研究了机构的速度以及加速度方程，最后对串联Z轴进行运动学研究。分析了该混联机器人并联机构的奇异性问题，得出机构发生奇异的数学条件，采用设计空间理论，将并联机构无量纲化并求出相应的设计空间，之后基于设计空间对混联机器人的理论工作空间形状和面积进行研究，并绘制出工作空间面积的性能图谱。设计空间理论的提出为机器人的性能分析和

5、参数优化奠定了重要的基础。研究了三自由度冗余驱动混联机器人机构的全域性能指标，分别计算并分析了并联机构的灵巧度、输出速度、承载能力以及刚度性能指标，以设计空间理论为依据，分析了机器人的各项性能指标与机构杆件尺寸参数之间的对应关系，绘制出相对应的性能图谱，并对各性能图谱相互之间的关系进行深入分析，为机器人的结构优化提供重要的理论依据。在系统地分析各项性能指标的基础上，归纳出利用性能图谱优化机器人的原则，并对三自由度冗余驱动混联机器人进行优化分析，寻求最优解。借助Solidworks软件建立了优化后的三自由度冗余驱动混联机器人的三维实体模型，导入到ADAMS中进

6、行相关参数的设置及动态仿真分析，验证了运动学分析的正确性以及杆件尺寸参数优化的合理性。关键词：混联机器人、运动学、性能图谱、优化、ADAMSIAbstractHybridrobotisasynthesisofseriesmechanismandparallelmechanism,whichcombiningtheadvantagesofboth,canmeetthehighspeedandhighaccuracyoftheworkrequirements,andhasalargerworkingspace,betterapplicability.Inthis

7、paper,theresearchofthreedegreeoffreedomredundantdrivehybridrobotisbasedonthetwodegreeoffreedomparallelmanipulatorwithhightechnology,aseriesZaxisisaddedattheendeffector,ontheonehand,theadvantagesofparallelmechanismarekept,ontheotherhand,itexpandstheworkingspaceoftheorganization,soth

8、atitcanrealizethemovemento