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1、 設(shè)計(論文)題目： 三自由度Delta并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計與仿真 目錄 摘要 2 第1章 引言 3 1.1. 我國機(jī)器人研究現(xiàn)狀 3 1.2. 工業(yè)機(jī)器人概述： 4 1.3. 本論文研究的主要內(nèi)容 4 第2章 機(jī)器人方案的設(shè)計 9 2.1. 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計的特點(diǎn) 9 2.2. 與機(jī)器人有關(guān)的概念 10 2.3. 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 12 2.4. 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計分析 13 2.5. 方案設(shè)案 13 2.6. 自由度分析 14 2.7. 機(jī)械傳動裝置的選擇 15 2.7.1. 滾珠絲杠的選擇 15 第3章 零部件設(shè)計與建模 18 3.1

2、. Croe軟件介紹 18 3.2. 關(guān)鍵零部件建模 18 3.3. 各部分的裝配關(guān)系 25 第4章 仿真分析 29 第5章 致謝 33 參考文獻(xiàn) 33 三自由度Delta并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計與仿真 摘要 工業(yè)技術(shù)水平是工業(yè)用機(jī)器人現(xiàn)代化水平的重要指標(biāo)，從研究和研究領(lǐng)域發(fā)展的結(jié)論，提高現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)的要求，提高產(chǎn)業(yè)控制和控制任務(wù)的復(fù)雜性，提出了很高的要求。理論上，我國末期輸送能力和定位精確度高、小誤差、慣性誤差、反應(yīng)速度快、工業(yè)工作并行、快速準(zhǔn)確、現(xiàn)有工業(yè)工程預(yù)計會進(jìn)一步增加，本文將研究并行研究、實(shí)用化并行以企業(yè)工學(xué)實(shí)用化為目標(biāo)。從摩擦接口、外亂和不確定性來看，如果沒有連鎖和動力學(xué)模型化

3、的負(fù)擔(dān)，傳統(tǒng)的控制戰(zhàn)略將難以得到基于控制有效性模型的預(yù)期。通常，與一系列平行于更復(fù)雜的運(yùn)動模型相比，動態(tài)測試和控制機(jī)制將更加復(fù)雜。因此，有必要研究并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動力學(xué)建模及其控制問題。 這是一個新的機(jī)器人，機(jī)器人的剛性。承載能力高。高精度。小負(fù)荷的重量。具有良好的性能和廣泛的應(yīng)用，是robotów.spokojnie系列的補(bǔ)充。有一個固定的一部分，在特點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)室條件下的動力學(xué)加速度（重力加速度），.終端控制機(jī)制，原來的三角洲是最有效的機(jī)制平行安裝“電子項目機(jī)器人是機(jī)器人的控制和規(guī)劃動力學(xué)研究的基礎(chǔ)上，發(fā)揮著重要的作用，在“.badania kinematyk?反向動力學(xué)和由簡單到przodu.o

4、dwrotnie相對平行前進(jìn)，kinematyk?相對skomplikowane.na結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，建立了三角洲機(jī)器人模型，機(jī)器人的機(jī)器人。stkich部分的位置，以確定在平臺和動態(tài)方程的向量之間的關(guān)系，是平臺機(jī)構(gòu)的位置方程，這是在相反的位置移動到正確的解決方案，給出了方程的基礎(chǔ)上，三角洲機(jī)器人的位置，是解決方案的一部分，在組織機(jī)構(gòu)的速度和加速度基于工業(yè)技術(shù)平行機(jī)制，工業(yè)工作認(rèn)同其多樣性，于是開始使用并行機(jī)制，目前不構(gòu)成有效的控制方法，取得更好的結(jié)果，參照其機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)，優(yōu)化基本工業(yè)技術(shù)用言及了。 關(guān)鍵詞： 機(jī)器人，方案，設(shè)計，仿真, :新型 3-DOF 并聯(lián)機(jī)構(gòu) Abstract

5、 The technical level of agricultural robots is an important symbol of a country's agricultural modernization level. With the continuous expansion of the research and application fields of agricultural robots, the requirements of modern agricultural operations are constantly improving, and the com

6、plexity of control tasks is increasing. Higher performance requirements are put forward for agricultural robots and their control. Compared with the series mechanism commonly used in general robots, in theory, parallel mechanism has many advantages, such as strong bearing capacity, high positioning

7、accuracy, small inertia of end components, no cumulative error and fast response speed. Agricultural robots based on parallel mechanism are expected to further improve the operation of existing agricultural robots in the need of high-speed and high-precision agricultural engineering applications. Pe

8、rformance. This paper focuses on the research of parallel mechanism, in order to lay a foundation for further realizing the practical application of parallel robot in agricultural engineering. From the point of view of control, parallel mechanism is a complex spatial multi-chain mechanism with multi

9、-variable and multi-parameter coupling. Influenced by uncertain factors such as mechanism parameters, unmodeled dynamics, load disturbance, mechanism joints, servo friction and external disturbance, traditional control strategies are difficult to achieve the desired control effect. The control based

10、 on dynamic model can meet the high performance of parallel mechanism. The dynamic model of parallel mechanism is usually more complex than that of series mechanism. Therefore, it is necessary to study the dynamic modeling and control of parallel mechanism. Parallel robot is a new kind of human ro

11、bot. It has a series of advantages, such as high stiffness, strong carrying capacity, high precision, low self-weight load ratio, good dynamic performance, and so on. It complements the series robot widely used at present, thus expanding the application field of robot. "Delta parallel robot is the m

12、ost typical three-degree-of-freedom mobile parallel mechanism in space, and the overall structure of Delta mechanism." Simple! Compact, the driving parts are all distributed on the fixed platform. These characteristics make it have good kinematics and dynamics characteristics. Under the experimental

13、 conditions, the terminal control acceleration can reach 5.09 - (gravity acceleration). "A lot of practice has proved that Delta mechanism is one of the most successful parallel mechanisms designed so far." At present, Delta parallel robot has been widely used in cosmetics packaging and pharmaceutic

14、als! The assembly of electronic products "Robot kinematics is the basis of robot dynamics! Robot control and planning, which plays an important role in robot research" Kinematics research includes forward kinematics and reverse kinematics. For parallel robot, its reverse kinematics is relatively sim

15、ple and forward kinematics is complex. "This paper studies the kinematics of Delta robot with three degrees of freedom". The structure of Delta robot is analyzed, the kinematics model is established, and the spatial position and posture of each component are determined. Based on the vector relations

16、hip between the moving platform and the static platform and the constraint equation of the mechanism, the kinematics equation of the mechanism is established, the inverse position solution formula is deduced, and the numerical solution of the forward position solution is given. On the basis of the i

17、nverse position solution equation, the working space of Delta robot is analyzed. The Jacobian matrix of the mechanism is derived, and the velocity and acceleration are solved. The application of agricultural robots based on parallel mechanisms in agricultural engineering has just started. Due to t

18、he diversity of parallel mechanisms, there is no recognized effective control method. Considering that sliding mode control does not require precise mathematical model of the controlled object, is insensitive to external disturbances and parameter changes of the system, and is easy to implement, thi

19、s paper studies and explores a variety of sliding mode control methods for a new type of 3-DOF driven redundant parallel mechanism, in order to find a control scheme with better comprehensive performance, so as to lay a foundation for the practical application of the mechanism in agricultural engine

20、ering. Basics. Key words: robot, scheme, design, simulation,: new 3-DOF parallel mechanism 第1章 引言 。 在過去的20年里，由于各個領(lǐng)域的不同目的，機(jī)器人在各種領(lǐng)域都得到了飛速的發(fā)展，在我們國家，使用機(jī)器人的發(fā)達(dá)國家，因此與機(jī)器人的不同目的，有些差異，尤其是研究和設(shè)計的機(jī)器人應(yīng)用的擴(kuò)展產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人、機(jī)器人具有實(shí)用意義。 文獻(xiàn)主要包括以下研究。 (1) 第一，設(shè)定分析機(jī)構(gòu)的特征、活動和自由度的原則。第二，基于限制的機(jī)制參數(shù)，用于建立與機(jī)構(gòu)、代理商其工作的速度的模型；白矩陣最后分析為不

21、必要的平行并在空間內(nèi)的異點(diǎn)。 (2) 對于并聯(lián)機(jī)構(gòu)，對于基于并行控制戰(zhàn)略的機(jī)構(gòu)，即使不考慮運(yùn)動模型和非線性關(guān)節(jié)機(jī)制，也常常難以確保其控制機(jī)制迅速的操作，基于精度檢查之間的集中關(guān)系的動力學(xué)、模型的動態(tài)穩(wěn)定性測試；并行控制用于實(shí)施的機(jī)構(gòu)控制：結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)由分支鏈接關(guān)閉，分支鏈接難以建立精確模型的動力學(xué)和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，并且必須根據(jù)控制方法有效性控制模型建立盡可能精確的控制方法。有。首先，根據(jù)新標(biāo)準(zhǔn)的動態(tài)學(xué)建立記憶機(jī)制和工作崗位的方法，關(guān)于基于新標(biāo)準(zhǔn)的動力學(xué)模型機(jī)制的不必要的試驗(yàn)實(shí)機(jī)以外的控制模式的動態(tài)管理·實(shí)施研究，對相當(dāng)于約束的軸的整體的力量帶來優(yōu)化。在實(shí)時、機(jī)構(gòu)等中，在實(shí)時、機(jī)構(gòu)等中，為了確立

22、控制模型的動態(tài)的機(jī)構(gòu)。通過模擬主要組件、模擬和解析，提出了基于通過創(chuàng)建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和補(bǔ)償模型的動態(tài)補(bǔ)償模型的簡單方法，最后驗(yàn)證模型的pd模擬控制系統(tǒng)是精度誤差簡化補(bǔ)償?shù)挠行浴? (3) 考慮到基于動力學(xué)計算負(fù)擔(dān)和運(yùn)動模型、重量、高速實(shí)時控制系統(tǒng)建立的條件，并且考慮到免除的影響，分支鏈和其他機(jī)構(gòu)可免除獨(dú)立執(zhí)行測試和控制測試；t可通過動態(tài)控制來設(shè)置。計了。使用分支的碳鏈，使用分支的碳鏈，設(shè)計用于估計不確定性和外亂的大的系統(tǒng)，給與那個位置關(guān)聯(lián)的控制系統(tǒng)的有效性帶來壞影響。在控制鏈動力學(xué)的調(diào)查中，釋放出的控制鏈考慮到動力學(xué)的高速平行，從而導(dǎo)致極端內(nèi)部生命干擾的結(jié)果，甚至造成損害，甚至引起重大變形。

23、 (4) 基于上述控制，使用動態(tài)控制方式的冗余單元的欠缺，考慮到分支之間的相互作用的欠缺，由于所有的單元都是冗余的，因此沒有冗余性，進(jìn)一步改進(jìn)使處理速度和實(shí)時在一定程度上增加的精度控制系統(tǒng)基于簡化控制誤差和同步法的動態(tài)模式試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕ⅲ@示了由于控制誤差的基礎(chǔ)和動態(tài)的增加而設(shè)計的精度。各部門，用于準(zhǔn)確地通過前列諾夫改善并行性的機(jī)構(gòu)之間的同步、其穩(wěn)定性的方法。 (5) 上述基于同步耦合誤差的動力學(xué)滑?？刂品椒ǎ蛇M(jìn)一步提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動控 制精度，但其快速性和實(shí)時性有所降低。為尋求一種綜合性能較優(yōu)的控制方案，本文提出 一種解耦非奇異終端滑?？刂品椒?，即：針對所建立并聯(lián)機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型，提取

24、出各支路 間的耦合作用力和重力項，將整體系統(tǒng)解耦為三個基于笛卡爾空間的完全獨(dú)立的線性子。基于上述復(fù)合誤差法的動力學(xué)，并行控制可提高業(yè)務(wù)控制的精度，并行控制可迅速且實(shí)時地削減。為了導(dǎo)出重力和全系統(tǒng)協(xié)調(diào)的模型和從生產(chǎn)到支付的分離模型，在與各分支平行地、基于長笛獨(dú)立的三個空間中，分別控制線性系統(tǒng)和子系統(tǒng)，改善控制系統(tǒng)。迅速且實(shí)時。適當(dāng)?shù)?，以快速和?shí)時方式完善每個項目的控制子系統(tǒng)和機(jī)制控制系統(tǒng)。同時，考慮到上述免除，通過引進(jìn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在連接線和重力補(bǔ)償?shù)慕稽c(diǎn)上，提高免除系統(tǒng)的效率，采用了分支力學(xué)的分支鏈缺乏系統(tǒng)的油動力學(xué)，控制系統(tǒng)為了改善收斂的控制，終端控制算法并不能從終端的研究和設(shè)計的角度出發(fā)，在有

25、限的時間內(nèi)，它們不能從生產(chǎn)量中分離出來（方法，終端管理模擬，比大學(xué)Doctorate Controller IIII）更好基于動態(tài)控制，基于業(yè)務(wù)控制采用的冗余分支不存在，檢查同步和故障分離的動態(tài)學(xué)的方法不是終端。實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證表 明：與冗余支鏈采用動力學(xué)控制、非冗余支鏈采用運(yùn)動學(xué)控制的控制方法和基于同步耦合 誤差的動力學(xué)滑模控制器相比，所提出解耦非奇異終端滑?？刂破骶哂休^優(yōu)的綜合性能。 本文的研究工作為工業(yè)并聯(lián)機(jī)器人的控制理論研究及并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)工程中的實(shí)際 應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。 1.1. 我國機(jī)器人研究現(xiàn)狀 程序設(shè)計是基于自動控制來執(zhí)行操作或移動機(jī)械裝置的工作。最新科研、力學(xué)成果，是現(xiàn)代技術(shù)開

26、發(fā)領(lǐng)域最為活躍的國家機(jī)器人研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用，吸引了更多的關(guān)注。從1980年代初開始。機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的年代，各種用途的機(jī)器人在各個領(lǐng)域廣泛獲得應(yīng)用。我國是從 20 世紀(jì)80 年代開始涉足機(jī)器人領(lǐng)域的研究和應(yīng)用的。1986年，我國開展了“七五”機(jī)器人攻關(guān)計劃。1987 年，我國的“863”計劃將機(jī)器人方面的研究列入其中。目前，我國從事機(jī)器人的應(yīng)用開發(fā)的主要是高校和有關(guān)科研院所。最初我國在機(jī)器人技術(shù)方面的主要目的是跟蹤國際先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，隨后，我國在機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用方面取得了很大成就。主要研究成果有：哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的兩足步行機(jī)器人，北京自動化研究所1993 年研制的噴涂機(jī)器人，199

27、5 年完成的高壓水切割機(jī)器人，國家開放實(shí)驗(yàn)和研究單位沈陽自動化研究所研制的有纜深潛300m 機(jī)器人，無纜深潛機(jī)器人，遙控移動作業(yè)機(jī)器人，2000 年國防科技大學(xué)研制的兩足類人機(jī)器人，北京航空航天大學(xué)研制的三指靈巧手，華南理工大學(xué)研制的點(diǎn)焊、弧焊機(jī)器人，以及各種機(jī)器人裝配系統(tǒng)等。我國目前擁有機(jī)器人 4000 臺左右，主要在工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用，而全世界應(yīng)用機(jī)器人數(shù)量為83 萬臺，其中主要集中在美國 那個從80年代初期開始在中國。中國的研究計劃，占據(jù)了中國的機(jī)器人863的研究計劃。首要目標(biāo)是跟隨國際先進(jìn)機(jī)器人工程，并在中國工作、技術(shù)、應(yīng)用方面取得了巨大的成功。由Radio、汽車研究所開發(fā)的國立研究實(shí)

28、驗(yàn)單位，沈陽的工作開幕深藏電纜潛艇機(jī)器人無電纜、300、機(jī)器人、移動機(jī)器人、2000國防部。航空宇宙大學(xué)機(jī)器人保留著雙手的屏蔽空間，機(jī)器人有自動化的收藏系統(tǒng)等。目前，機(jī)器人主要應(yīng)用于工業(yè)地區(qū)、工作領(lǐng)域、以及世界各地，在美國、日本等工業(yè)國家中，主要工作和工作都不好。發(fā)達(dá)國家還是有差距的。到目前為止，一般產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)、國家防衛(wèi)、日常生活等多個領(lǐng)域都創(chuàng)建了[ 1 ]。相對的交通和空間可以分為鏈接、表面和空間的機(jī)制之間的鏈接。您可以將該連接分割為開放網(wǎng)絡(luò)的機(jī)構(gòu)和關(guān)閉電路。運(yùn)動。鏈子和情侶的封閉部分的數(shù)量是不一樣的。機(jī)器人的研究機(jī)制，是機(jī)器人的研究機(jī)制。機(jī)器人是60年代開始系統(tǒng)的研究的主要目標(biāo)之一。這個研

29、究在機(jī)器人領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)組織上被非常傳統(tǒng)地決定。當(dāng)您想要擴(kuò)展應(yīng)用程序時，是“機(jī)器人空間”將嘗試在新配置中提示新的應(yīng)用程序。 在發(fā)展中國家，關(guān)于發(fā)達(dá)國家的工作和研究在中國，還有一些落差。到目前為止，一般產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)、國家防衛(wèi)、日常生活等多個領(lǐng)域都創(chuàng)建了[ 1 ]。相對的交通和空間可以分為鏈接、表面和空間的機(jī)制之間的鏈接。您可以將該連接分割為開放網(wǎng)絡(luò)的機(jī)構(gòu)和關(guān)閉電路。運(yùn)動。鏈子和情侶的封閉部分的數(shù)量是不一樣的。機(jī)器人的研究機(jī)制，是機(jī)器人的研究機(jī)制。機(jī)器人是60年代開始系統(tǒng)的研究的主要目標(biāo)之一。這個研究在機(jī)器人領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)組織上被非常傳統(tǒng)地決定。當(dāng)您想要擴(kuò)展應(yīng)用程序時，是“機(jī)器人空間”將嘗試在新配置中提示

30、新的應(yīng)用程序。 1.2. 工業(yè)機(jī)器人概述： 產(chǎn)業(yè)界廣泛應(yīng)用于產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人工廠。在環(huán)境中的工業(yè)用機(jī)器人工廠，一般指代替材料，進(jìn)行自動化，或者零部件的一部分，或者零部件的一部分搬運(yùn)，加工，組裝，機(jī)器人。JSCU可編程、多功能機(jī)器操作自由。機(jī)器人操作、機(jī)械、設(shè)備或其他操作對象功能的空間內(nèi)，可以保存各種任務(wù)的材料、零件和工具，并且通常定義為4-6自由度的運(yùn)動手臂?？臻g2～3自由度決定效果的位置和效果空間的2～3自由度。與世界上最具發(fā)展中國家產(chǎn)業(yè)機(jī)器人相比，我國的研究更注重對四位產(chǎn)業(yè)政策和工作模式的研究，與帶動產(chǎn)業(yè)機(jī)械國家一起推出動態(tài)建模的新機(jī)制國家發(fā)展迅速，第一所中國研究所是工業(yè)機(jī)器人之一，是開

31、發(fā)單位、蔬菜、預(yù)防接種水果、技術(shù)領(lǐng)域[ 23 ]（南京大學(xué)，此后在上海、Jiaotong大學(xué)進(jìn)行研究-大學(xué)森林研究所、研究所、研究所這是因?yàn)椋撗芯繖C(jī)構(gòu)正在開發(fā)機(jī)器人戰(zhàn)爭[ 25 ]、受精、機(jī)器人預(yù)防接種、崗位作業(yè)、水果、蔬菜[ 26 ][ 28 ][ 28 ]的農(nóng)產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品分類、或者機(jī)器人材料分類、機(jī)器人材料移植等。從哪個分析的結(jié)果得到的結(jié)果。更成熟的產(chǎn)業(yè)機(jī)器人不能用GANIA . Robot系列的機(jī)器人和機(jī)器人分類，從理論上來說，強(qiáng)有力的運(yùn)輸能力，與國家末期平行、定位精度、小精度、小精度、小精度交通等障礙慣性。另外，由于產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人的機(jī)構(gòu)（10）并行化的反應(yīng)速度，要求產(chǎn)業(yè)用工程機(jī)器人迅速

32、準(zhǔn)確地改善現(xiàn)有應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)工程專業(yè) 。 1.3. 本論文研究的主要內(nèi)容 作者系統(tǒng)學(xué)習(xí)了機(jī)器人技術(shù)的知識，工作內(nèi)容多參照國內(nèi)外尤其是現(xiàn)在的情況、產(chǎn)業(yè)機(jī)器人。這個基礎(chǔ)和項目的作者，在前提下，主要需要工作來解決以下任務(wù)。 (1) 進(jìn)行機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)的方案創(chuàng)成、分析和設(shè)計 1.1 空間單閉鏈機(jī)構(gòu)研究概況 在機(jī)構(gòu)學(xué)中，一般使用符號來表示運(yùn)動副種類。運(yùn)動副符號R、C、P、S、H分別表示旋轉(zhuǎn)副、圓筒副、移動副、球面副、螺旋副?？臻g單個封閉機(jī)構(gòu)通常由諸如RSR之類的運(yùn)動子符號的一列來表示。這不僅反映了便利，還反映了空間機(jī)構(gòu)的主要特點(diǎn)。第一符號表示連接機(jī)架和輸入桿的運(yùn)動副，最后是連接輸出部件(被動

33、部件)的運(yùn)動副[27]。 在空間機(jī)構(gòu)的研究中，提出了各種空間單閉鏈機(jī)構(gòu)和超張緊機(jī)構(gòu)[5,27-33]，并提出了連桿機(jī)構(gòu)的理論依據(jù)，為連桿機(jī)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用提供了一種替代方案。如表1-1所示，張毅（5）合成了一種簡單地相對于自由空間1閉合鏈的機(jī)制。因此，根據(jù)自由度對運(yùn)動的子類別進(jìn)行分類，從這個表中可以看出，由于同一機(jī)構(gòu)中閉合約束的數(shù)量相同，運(yùn)動的子類別越高，配置機(jī)構(gòu)所需的成員數(shù)量越少，成員數(shù)量越多，并且運(yùn)動子是一種特殊的運(yùn)動子，通過滿足條件，可以構(gòu)造出具有不同約束數(shù)的機(jī)構(gòu)[5]。主要采用空間單封閉機(jī)構(gòu)。1。廣泛應(yīng)用于輕工機(jī)械（如縫紉機(jī)、紡紗機(jī)、鞋等）2。三。一些飛機(jī)和汽車，主要用于飛機(jī)機(jī)翼操作，車

34、輪縮放和車輛傳動，轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)。4。5。其他機(jī)器和儀器。 1.1.1 空間三桿機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用 空間三桿機(jī)構(gòu)是最簡單的單鏈空間機(jī)構(gòu)。如圖1-1所示，為典型的空間三桿CSS和CCS機(jī)構(gòu)34，圖1-1a為空間三桿CSS機(jī)構(gòu)，兩個球面沉降之間存在局部自由度。圖1-1b是一個空間三桿CCS機(jī)構(gòu)，可在需要球形軌道時使用。 1.1.2 空間四桿機(jī)構(gòu)及其應(yīng)用 常見的空間四桿機(jī)構(gòu)有4R[35]、RCSR[36]、RSSP[37]、RCCC[38-45]、RCCR[44, 46-53]、RSCR[54]、RRSS[55-58]、RSSR[38, 59-66]、RSCP[54, 67]、RRSC[34, 67,

35、 68]、RCCP[44, 69]、RPSC[28,70]、CSSP[54]、CSSP[54]、RSSP[37, 71, 72]。圖1-2所示為其中的四種，其中圖1-2a為球面4R機(jī)構(gòu)，圖1-2b為RCCC機(jī)構(gòu)，圖1-2c為RSSR機(jī)構(gòu)，圖1-2d為RSSP機(jī)構(gòu)。 空間4根桿機(jī)構(gòu)的應(yīng)用比較廣泛。RCCR和RSSR是雙曲軸機(jī)構(gòu)，在球面4 R機(jī)構(gòu)滿足特殊的幾何條件時是通用耦合機(jī)構(gòu)，在RCC滿足特殊的幾何條件時可視為通用耦合機(jī)構(gòu)，RSP是曲軸塊機(jī)構(gòu)，PSSP是雙滑動器機(jī)構(gòu)，RSPC、RRSC、RSCC是曲軸轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)。下面列舉一些四個桿機(jī)構(gòu)的典型應(yīng)用例子。 (1) 空間四桿RSCS 機(jī)構(gòu) 如

36、圖1-4所示，將空間RSCS機(jī)構(gòu)用作為一種飛機(jī)起落架收放機(jī)構(gòu)。當(dāng)桿2和桿3在液壓油作用下伸縮時，桿1繞斜軸擺動，從而達(dá)到收放機(jī)輪的目的。這里，桿2和桿3各有一個可繞自身軸線轉(zhuǎn)動的局部自由度[5]。 并聯(lián)機(jī)器人相對于現(xiàn)在廣泛使用的直列機(jī)器人，有著剛性強(qiáng)、精度高、自負(fù)荷小、速度高的優(yōu)點(diǎn)，但是正如同樣結(jié)構(gòu)大小，并列機(jī)器人的工作空間小、桿的空間干涉、特異位置等問題結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的分析很復(fù)雜。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動力學(xué)特性是具有高非線性和強(qiáng)耦合的特征，使其控制更加復(fù)雜?？傮w來說，并列機(jī)器人和串聯(lián)機(jī)器人形成了互補(bǔ)的關(guān)系，擴(kuò)大了整個機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域。并列機(jī)器人的機(jī)構(gòu)多種多樣，Claavel提出了Delta這個

37、三維移動機(jī)構(gòu)。三角洲機(jī)構(gòu)是最典型的空間，是三自由度移動的并行機(jī)構(gòu)，大部分空間三自由度并行機(jī)構(gòu)是由三角洲機(jī)構(gòu)派生的。三角機(jī)器人是擁有3個平動自由度的高速并列機(jī)器人，是商業(yè)應(yīng)用最成功的并列機(jī)器人之一。目前，并行機(jī)器人已應(yīng)用于飛機(jī)對接、外科手術(shù)、數(shù)控加工等多個領(lǐng)域。食品制藥領(lǐng)域一般都是在流水線生產(chǎn)，但個別產(chǎn)品的包裝部分還需要人工操作。由于環(huán)境復(fù)雜、產(chǎn)品特殊，傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)不能滿足靈活高效的要求，并行機(jī)制能在這些地方充分發(fā)揮其優(yōu)勢。本文主要研究和分析包裝層機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計。由于結(jié)構(gòu)中有空間平行四邊形存在，限制了機(jī)構(gòu)的三個轉(zhuǎn)動自由度，僅僅留下三個平動自由度。于是設(shè)計了如下的并聯(lián)機(jī)器人，如圖 機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)如

38、下： （1）并聯(lián)機(jī)器人采用四臂對稱結(jié)構(gòu)，每個臂為串并混聯(lián)分支。 （2）四個伺服電機(jī)和減速器安裝在上平臺上,主要的質(zhì)量和慣性集中在上部，末端執(zhí)行器由八桿相連，慣性小，速度快，效率高。 （3）上平臺為箱式結(jié)構(gòu)，在箱體的內(nèi)部可以安放驅(qū)動電路、控制電路等。 （4）末端執(zhí)行器由八桿球鉸聯(lián)接，安裝電控吸盤，用于抓取物體。 （5）球鉸由彈簧拉緊。 （6）上平臺為齒輪齒條機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人整體移動。目的是擴(kuò)大并聯(lián)機(jī)器人工作范圍，也可根據(jù)情況不使用。 此機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中，末端執(zhí)行器只有平動自由度，沒有轉(zhuǎn)動自由度。 第2章 機(jī)器人方案的設(shè)計 2.4. 機(jī)器人機(jī)械設(shè)計的特點(diǎn) 2.5. 從一系列

39、的機(jī)器和機(jī)械的建設(shè)來看，機(jī)器人與設(shè)計有許多不同。除位置坐標(biāo)、效果變量、關(guān)節(jié)力矩和關(guān)節(jié)力矩（關(guān)節(jié)）的關(guān)系之外，字段與分析機(jī)構(gòu)無關(guān)。各關(guān)節(jié)動態(tài)解析，軸承、速度、加速度、扭矩，基本都是雙手開放結(jié)構(gòu)，關(guān)節(jié)設(shè)計與其他關(guān)節(jié)相關(guān)的關(guān)節(jié)設(shè)計，對各肩負(fù)重力的影響，以及在快速變化位置上的負(fù)荷慣性關(guān)系。從一點(diǎn)來看，由于動態(tài)變化的分析提供了很強(qiáng)的動態(tài)系統(tǒng)，非常復(fù)雜，即使有一些單純化，為了解析，鏈條的開口部是串聯(lián)的，因此僅用于解析。國家機(jī)關(guān)負(fù)責(zé)機(jī)械懸架、變形、剛性、損傷機(jī)器人的精度積累。因此，設(shè)計要特別注意準(zhǔn)確性和剛性。另外，機(jī)器人的機(jī)械技術(shù)是典型的，設(shè)計一般需要考慮轉(zhuǎn)向、控制的一般問題，機(jī)器的建設(shè)，不同結(jié)構(gòu)要求更高。

40、與機(jī)器人有關(guān)的概念。 以下是本文中涉及到的一些與機(jī)器人技術(shù)有關(guān)的概念。 1一般自由度：工業(yè)用機(jī)器人，在許多關(guān)節(jié)空間，通常都有一對旋轉(zhuǎn)機(jī)制。作為替換關(guān)節(jié)，按順序進(jìn)行關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)。自由度數(shù)。 2 機(jī)器人的分類 機(jī)器人分類方法有多種。 (1) 按機(jī)器人的控制方法的不同，可分為點(diǎn)位控制型（PTP），連續(xù)軌跡控制型（CP）： （a）點(diǎn)位控制型（Point to Point Control ）：機(jī)器人受控運(yùn)動方式為自一個點(diǎn)位目標(biāo)向另一個點(diǎn)位目標(biāo)移動，只在目標(biāo)點(diǎn)上完成操作。例如機(jī)器人在進(jìn)行點(diǎn)焊時的軌跡控制。 （b）連續(xù)軌跡控制型（Continuous Path Control ）：機(jī)器人各關(guān)節(jié)同

41、時做受控運(yùn)動，使機(jī)器人末端執(zhí)行器按預(yù)期軌跡和速度運(yùn)動，為此各關(guān)節(jié)控制系統(tǒng)需要獲得驅(qū)動機(jī)的角位移和角速度信號，如機(jī)器人進(jìn)行焊縫為曲線的弧焊作業(yè)時的軌跡控制。 （a）直角坐標(biāo)型：在最初的3個關(guān)節(jié)中，機(jī)器人與關(guān)節(jié)、數(shù)控機(jī)床的控制程序一樣，垂直于運(yùn)動、關(guān)節(jié)移動。 （b）圓柱坐標(biāo)型：在第三關(guān)節(jié)中，機(jī)器人從垂直方向臂、P、Q、R、R、Z的位置與坐標(biāo)Q(R、Q、R、R、R、Z)以共同的一個旋轉(zhuǎn)和兩個關(guān)節(jié)的一個旋轉(zhuǎn)移動。 （c）球坐標(biāo)型：具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié)。以q,f, y 為坐標(biāo)，位置函數(shù)為P = f (q ,f, y)，該型機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)是靈活性好，占地面積小，但剛度、精度較差。 （d）關(guān)

42、節(jié)坐標(biāo)型：有垂直關(guān)節(jié)型和水平關(guān)節(jié)型（SCARA 型）機(jī)器.人。前三個關(guān)節(jié)都是回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，特點(diǎn)是動作靈活，工作空間大、占地面積小，缺點(diǎn)是剛度和精度較差。 (3) 按驅(qū)動方式分類： 空倉式（A）、（B）、油倉式（C）、90年代。在XX時代，電力波動、自動化、自動化和自動化是最重要的。 (4) 按用途分類： 可分為搬運(yùn)機(jī)器人、噴涂機(jī)器人、焊接機(jī)器人、裝配機(jī)器人、切削加工機(jī)器人和特種用途機(jī)器人等。 2.6. 工業(yè)機(jī)器人的組成及各部分關(guān)系概述 圖2-1 工業(yè)機(jī)器人的組成圖 它主要由機(jī)械系統(tǒng)(執(zhí)行系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng))、控制檢測系統(tǒng)及

43、智能系統(tǒng)組成。 A、 執(zhí)行系統(tǒng)：執(zhí)行系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人完成抓取工件，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動所必需的機(jī)械部件，它包括手部、腕部、機(jī)身等。 （1） 手部：又稱手爪或抓取機(jī)構(gòu)，它直接抓取工件或夾具。 （2） 腕部：又稱手腕，是連接手部和臂部的部件，其作用是調(diào)整或改變手部的工作方位。 （3） 臂部：是支承腕部的部件，作用是承受工件的負(fù)荷，并把它傳遞到預(yù)定的位置。 （4） 機(jī)身：是支承手臂的部件，其作用是帶動臂部自轉(zhuǎn)、升降或俯仰運(yùn)動。 B、 驅(qū)動系統(tǒng)：為執(zhí)行系統(tǒng)各部件提供動力，并驅(qū)動其動力的裝置。常用的機(jī)械傳動、液壓傳動、氣壓傳動和電傳動。 C、 控制系統(tǒng)：通過對驅(qū)動系統(tǒng)的控制，使執(zhí)行系統(tǒng)按照規(guī)定的要

44、求進(jìn)行工作，當(dāng)發(fā)生錯誤或故障時發(fā)出報警信號。 D、 檢測系統(tǒng)：作用是通過各種檢測裝置、傳感裝置檢測執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動情況，根據(jù)需要反饋給控制系統(tǒng)，與設(shè)定進(jìn)行比較，以保證運(yùn)動符合要求。 圖2-2 各部分關(guān)系圖 2.7. 工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計分析 2.2.1 設(shè)計要求 綜合運(yùn)用所學(xué)知識,搜集有關(guān)資料獨(dú)立完成三自由度圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人操作機(jī)和驅(qū)動單元的設(shè)計工作。 原始數(shù)據(jù)：自動線上有Ａ，Ｂ兩條輸送帶之間距離為1.5m，需設(shè)計工業(yè)機(jī)器人將一零件從A帶送到B帶。 零件尺寸：內(nèi)孔 ￠100，壁厚 10，高 100。 零件材料：45鋼。 2.2.2 總體方案擬定 在工業(yè)機(jī)

45、器人的諸多功能中，抓取和移動是最主要的功能。這兩項功能實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)是精巧的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計和良好的伺服控制驅(qū)動。本次設(shè)計就是在這一思維下展開的。根據(jù)設(shè)計內(nèi)容和需求確定圓柱坐標(biāo)型工業(yè)機(jī)器人，利用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動和諧波齒輪傳動來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；利用另一臺步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使與滾珠絲杠螺母副固連在一起的手臂實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動；考慮到本設(shè)計中的機(jī)器人工作范圍不大，故利用液壓缸驅(qū)動實(shí)現(xiàn)手臂的伸縮運(yùn)動；末端夾持器則采用內(nèi)撐連桿杠桿式夾持器，用小型液壓缸驅(qū)動夾緊。 2.8. 方案設(shè)案 設(shè)計一種直線型Delta并聯(lián)機(jī)器人，動平臺與靜平臺之間通過三條支鏈連接。通過安裝在固定框架上的三個直流電機(jī)

46、結(jié)合滾珠絲杠副產(chǎn)生的直線運(yùn)動，使動平臺具有一個平動自由度和兩個轉(zhuǎn)動自由度。每個電機(jī)安裝有編碼器用于檢測其轉(zhuǎn)角，通過機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)建?？捎嬎愠鰟悠脚_的位姿信息，并用于實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制。 設(shè)計要求： ?1.外形尺寸600x600x800； ?2.豎直方向平移范圍：±100mm，水平方向轉(zhuǎn)動范圍：±15°； ?3.動平臺最大承載5kg； 2.9. 自由度分析 在自由度的分析中，一般涉及閑置自由度、冗余自由度、過約束、公共約束等問題。對較復(fù)雜的并聯(lián)機(jī)構(gòu)自由度分析，一般用螺旋理論進(jìn)行分析。delta 型并聯(lián)器人，在運(yùn)動過程中，四個支臂始終保持空間平行四邊形。根據(jù)螺旋理論分析末端執(zhí)行器運(yùn)動，可

47、知螺旋系約束了繞三個軸的轉(zhuǎn)動，說明此機(jī)構(gòu)只有三個方向的平動自由度，沒有轉(zhuǎn)動自由度。 機(jī)器人方案圖 機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖 2.10. 機(jī)械傳動裝置的選擇 2.10.1. 滾珠絲杠的選擇 估算：等效載荷 Fm = 1000 N , 絲桿有效行程420 mm , 等效轉(zhuǎn)速 nm = 1500 r/min , 要求使用壽命Lh = 15000 h 左右，工作溫度低于100℃，可靠度95%，精度為3級精度。 A、 計算載荷 Fc = 查<機(jī)電液設(shè)計手冊> 上冊，表15-21得 = 1.1 ， = 1.0 ，=1.61 ， = 1

48、 Fc = = 1.11.01.6111000 = 1771 N = = = 19559 N B、 選擇滾珠絲桿副的型號 主要尺寸為： 按= 19559N，查《機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》表2-9，選用漢江機(jī)床廠C1型滾珠絲杠，系列代號為FYC1-4008-2.5。 = 40 mm , =8 mm , =4 mm ,

49、d = 39mm，滾珠直徑d0=3.969mm 滾道半徑 R= 偏心距 e== 絲杠內(nèi)徑 ≤27 mm , =24000 N , =1880 N 螺旋導(dǎo)程角 γ = arctan = arctan = 3o38′ 螺桿不長，無需驗(yàn)算穩(wěn)定性。 C、剛度驗(yàn)算 按最不利情況考慮，即在螺距(導(dǎo)程)內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起彈性變形方向一致，此時變形量為最大，計算公式為： = + 式中 T1 = ··tan( γ+)

50、 = 1000tan(+) = 1321 N·mm 磨擦系數(shù)f = 0.025, 當(dāng)量磨擦角 = ， 剪切彈性模量 G=8.33 N/mm2 所以：= + = 0.0387 μm 其中，危險截面= 35.76，E = 2.06 每米螺桿長度上的螺矩的彈性變形 = = 6.6 /m < ()p = 15/m 因?yàn)闈L球絲桿精度要求為3級精度，由表15-8查得 ()p = 15/m 所以其剛度滿足要求。 D、計算效率 η= = = 0.96

51、0 = 96% 第3章 零部件設(shè)計與建模 3.11. Croe軟件介紹 creo2.0/proe5.0是美國PTC公司開發(fā)的三維建模軟件Pro/Engineer的兩個版本，類似CAD軟件，以其參數(shù)化建模著稱。proe廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計和工業(yè)設(shè)計，是國內(nèi)主流的三維設(shè)計軟件。 造型設(shè)計師、建模師、機(jī)構(gòu)設(shè)計師、結(jié)構(gòu)設(shè)計師、模具設(shè)計師等都應(yīng)該熟練掌握的一款軟件。 3.12. 關(guān)鍵零部件建模 3.12.1拉格朗日動力學(xué)建模 非保守系統(tǒng)拉格朗日方程 由于并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一個多變量、時變、多參數(shù)耦合的復(fù)雜非線性系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)基于動力 學(xué)模型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)高性能控制，需要構(gòu)建盡可能準(zhǔn)確的動

52、力學(xué)模型。參考文獻(xiàn)可知，目前 比較成熟的動力學(xué)建模方法有牛頓-歐拉法、拉格朗日法、虛功原理法、凱恩方程法等， 上述各種建模方法殊途同歸，在構(gòu)建機(jī)構(gòu)的動力學(xué)模型時各有側(cè)重點(diǎn)，難易程度也會隨著 建模對象的不同而變化。其中，拉格朗日法基于系統(tǒng)動能和勢能，采用純粹的分析方法進(jìn) 行動力學(xué)建模，采用廣義坐標(biāo)描述非自由質(zhì)點(diǎn)系的運(yùn)動，得到一組獨(dú)立運(yùn)動方程，而這組 運(yùn)動方程表現(xiàn)為系統(tǒng)的動能和廣義力的變化關(guān)系，方程數(shù)目較少。與其它動力學(xué)建模方法 相比較，該方法具有系統(tǒng)性強(qiáng)、建模過程規(guī)范、動力學(xué)方程中不出現(xiàn)理想約束力、表達(dá)式 相對簡單緊湊等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)構(gòu)建模研究。針對所研究的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，采 新型 3-

53、DOF 驅(qū)動冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)動力學(xué)建模及其滑模控制研究 40 用 Lagrange 法建立其基于工作空間的動力學(xué)模型。 該驅(qū)動冗余三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)平臺，采用的是清華大學(xué)的發(fā)明專利技術(shù)汪勁松，謝福貴，一種多軸聯(lián)動混聯(lián)裝置，。該驅(qū) 動冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動平臺通過三個支鏈與定平臺相連，如圖 6 所示，其中前兩個 分支（或稱為第一、二分支）是相同的，采用的是 PRU 或者 PR(RR)運(yùn)動鏈，這 兩個分支位于同一個平面內(nèi)，后面的分支或者稱為第三分支采用的是 PPRR 運(yùn)動 鏈，這個分支所在的平面與前兩個分支所在的平面是相互垂直的。三個分支中的 P 運(yùn)動副是驅(qū)動的，不能看出該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動平臺有三個主動輸出，

54、即兩個移動 和一個轉(zhuǎn)動，由于其驅(qū)動運(yùn)動副有四個，而輸出自由度只有三個，因此，該機(jī)構(gòu) 是驅(qū)動冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 該機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、 第三分支有兩個驅(qū)動關(guān)節(jié)（或稱驅(qū)動運(yùn)動副）； 2、 每個分支只有四個運(yùn)動自由度，三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)分支運(yùn)動副數(shù)達(dá)到 最少化，大大減少了由于運(yùn)動副誤差累積導(dǎo)致并聯(lián)機(jī)構(gòu)動平臺精度降 低的可能性，因此該機(jī)構(gòu)的動平臺精度較高； 3、 由于參與動平臺轉(zhuǎn)動自由度輸出的運(yùn)動副全部是單自由度運(yùn)動副，這 極大地提高了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動自由度的轉(zhuǎn)動范圍，使該機(jī)構(gòu)動平臺轉(zhuǎn) 動更加靈活，擴(kuò)大了該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用范圍。 根據(jù)拉格朗日方程有 d L L dt ? ? - = ? ? ? ? ? ÷

55、 è ?& τ q q (3.1) 式中，L=T?U 為拉格朗日函數(shù)；T 和 U 分別為系統(tǒng)動能和勢能；q 為廣義坐標(biāo)；τ為非保 守廣義力。 為了便于平臺的移動，模型化了覆蓋該組織原點(diǎn)的坐標(biāo)系的動態(tài)中心，包括機(jī)關(guān)210名成員的對應(yīng)計算在內(nèi)的各個子系統(tǒng)的運(yùn)動性，而不是機(jī)關(guān)的其他要素的設(shè)計質(zhì)量的摩擦力?？紤]到潛在性，將準(zhǔn)確平行的模型代理、移動平臺平行、軟木和三個指導(dǎo)系統(tǒng)分開的機(jī)構(gòu)免除的機(jī)構(gòu)實(shí)施的研究時效法，以職場為基礎(chǔ)的方法、動力學(xué)和最小兩個標(biāo)準(zhǔn)等價機(jī)構(gòu)使用的測試方法不限于職場。推動力的測定，優(yōu)化力的一般動 平臺的位姿描述采用前面所述的形式，即 T q= y,z, [ ] 3.3 動

56、力學(xué)模型簡化與分析 上述方法直接推導(dǎo)出的并聯(lián)機(jī)構(gòu)完整動力學(xué)方程是動平臺位姿的復(fù)雜非線性耦合函 數(shù)， 將上述動力學(xué)模型直接用于并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制存在計算量大、實(shí)時性差等問題[91,212]，因此需要 在保證建模精度的前提下，對動力學(xué)模型進(jìn)行合理簡化。 3.3.1 模型簡化方案 查閱文獻(xiàn)可知，關(guān)于對設(shè)施文檔的訪問，并行程序的簡化從設(shè)計階段考慮的簡單的組織方法的機(jī)制最初的設(shè)計分成以下的類型?？紤]到帳戶控制、簡化設(shè)計、模型動態(tài)的開發(fā)和實(shí)施，系統(tǒng)的動態(tài)繼續(xù)是動態(tài)的，從而減輕計算負(fù)擔(dān)。第二種方法是基于同一模型的想法進(jìn)行二次比較，一些研究人員相信平臺與領(lǐng)導(dǎo)平行比較。每個樹枝、重力和慣性力都與動力學(xué)的

57、重要性聯(lián)系在一起，使計算資源豐富，從而不影響實(shí)時控制運(yùn)動能源模型，使運(yùn)動能量非移動平臺的個別部分機(jī)制的主要構(gòu)成要素對精度有很大的影響。各自的運(yùn)動能量是忽略 各構(gòu)件的轉(zhuǎn)動動能，機(jī)構(gòu)動平臺和驅(qū)動滑塊的動能可分別表示為： 分析式(3.30)-(3.32)所示機(jī)構(gòu)各部件動能表達(dá)式，提出如下動力學(xué)簡化方案：將三個連 桿質(zhì)量的二分之一轉(zhuǎn)入與之相連的滑塊，而剩余二分之一的質(zhì)量則轉(zhuǎn)入機(jī)構(gòu)動平臺，由于 機(jī)構(gòu)動平臺動和驅(qū)動滑塊的運(yùn)動較為單一，因此采用上述方法，機(jī)構(gòu)動力學(xué)模型可得到有 效簡化。機(jī)構(gòu)連桿簡化示意圖如圖 3.1 所示。 3.3.2 簡化模型誤差補(bǔ)償 根據(jù)式(3.12)所示各連桿質(zhì)心的線速度可

58、計算出連桿總動能為 而在簡化過程中，每個支鏈的實(shí)際動能見式(3.32)，由此可見，機(jī)構(gòu)支鏈總動能簡化誤差為 3 1 3 1 1 1 2 4 li l i m zz m y = - + ? && & ，上述動能誤差直接決定了動力學(xué)模型的建模精度，進(jìn)而影響系統(tǒng)的 控制精度，因此必須對模型簡化所帶來的誤差進(jìn)行相應(yīng)補(bǔ)償。由于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)速度 快、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)自適應(yīng)確定、輸出與初始權(quán)值無關(guān)，且具有全局最優(yōu)和最佳逼近性能，在函 數(shù)逼近，時間序列預(yù)測，系統(tǒng)建模和控制中得到了廣泛應(yīng)用[218]，故采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線 新型 3-DOF 驅(qū)動冗余并聯(lián)機(jī)構(gòu)動力學(xué)建模及其滑模控制研究 50 補(bǔ)償動力學(xué)模型

59、簡化誤差，在滿足系統(tǒng)實(shí)時性的同時，最大限度的提高機(jī)構(gòu)的建模精度和 系統(tǒng)的控制精度。 由動力學(xué)模型可知，系統(tǒng)驅(qū)動力與機(jī)構(gòu)動平臺位姿、速度和加速度有關(guān)，取并聯(lián)機(jī)構(gòu) 位姿量、位姿的一階導(dǎo)數(shù)和位姿的二階導(dǎo)數(shù)為輸入，驅(qū)動力補(bǔ)償量為輸出，故所設(shè)計RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層結(jié)點(diǎn)數(shù)為9，輸出層結(jié)點(diǎn)數(shù)均為4，其結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。其中神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入 矢量表示為 ( ) T T = = , , , , , , , , , , é ù y z y z y z ? ? & && Q q q q & && b b b & && ，輸出矢量表示為 [ ] T 1 2 3 4 D = D D D D F f f f f , ,

60、 , ， 隱含層采用髙斯指數(shù)型函數(shù)， 3.4.3 機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件引入的驅(qū)動力 為分析機(jī)構(gòu)各主要組成部分對總體驅(qū)動力的影響，基于上述機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行平面圓周運(yùn) 動，在一個運(yùn)動周期內(nèi)，各主要部件所引入的驅(qū)動力如圖 3.5 所示。 分析圖 3.5(a)-(c)可知，圓周運(yùn)動過程中(β=0)，連桿 1、2，滑塊 1、2 及動平臺在 Z 軸方向的驅(qū)動力由 f1和 f2承擔(dān)，其軸向驅(qū)動力 f3幾乎為 0(最大 2×10-13N)，由于冗余驅(qū)動的 存在，其在 Y 方向的驅(qū)動力由 f1、f2和 f4共同承擔(dān)；由圖 3.5(d)和(e)可知，對于連桿 3 和滑 塊 3，由于 Y 方向的速度

61、和加速度較小，故各驅(qū)動力較小(最大 2N)；圖 3.5(f)中，由于冗余 滑塊只有 Y 方向而無 Z 軸方向運(yùn)動，且其重力項跟機(jī)構(gòu)架的支撐力相抵消，故其引入的驅(qū) 動力 f3為 0，而 Y 方向的驅(qū)動力由 f1、f2和 f4共同承擔(dān)。由于冗余驅(qū)動滑塊質(zhì)量較大(70kg)， 在不考慮重力項的情況下，冗余驅(qū)動滑塊所引入的驅(qū)動力 f4亦隨之增大。 3.4.4 動力學(xué)模型驗(yàn)證 為進(jìn)一步驗(yàn)證所構(gòu)建的基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償?shù)暮喕瘎恿W(xué)模型的準(zhǔn)確性及簡化 補(bǔ)償方法的有效性。引入式(3.36)所示 PD 控制器構(gòu)建閉環(huán)控制系統(tǒng)對其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 故并聯(lián)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定。 針對上述并

62、聯(lián)機(jī)構(gòu) PD 仿真控制系統(tǒng)，PD 控制器參數(shù)選為 Kp=diag[8000, 3800, 650]， Kd=diag[1500, 1500, 600]，選擇式(3.35)所示運(yùn)動軌跡，仿真周期設(shè)為 20s。利用 MATLAB 中的“tic”和“toc”指令測試動力學(xué)模型計算時間，同時得到三種模型下各關(guān)節(jié)軸向驅(qū)動 力變化曲線，如圖 3.6 所示。55 圖 3.6(a)-(d)為圓周運(yùn)動時并聯(lián)機(jī)構(gòu)各軸向驅(qū)動力變化情況，圖中實(shí)際模型為式(3.23) 所示機(jī)構(gòu)完整動力學(xué)模型，帶補(bǔ)償簡化模型為式(3.34)所示基于 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)補(bǔ)償?shù)暮喕?模型。分析圖 3.6 可知，基于 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償?shù)?/p>

63、簡化模型的驅(qū)動力與完整動力學(xué)模 型的驅(qū)動力基本一致，最大誤差不超過 10N。 此外，通過對仿真數(shù)據(jù)的分析可知，本文所設(shè)計的基于 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償?shù)暮喕?動力學(xué)方程的解算時間為 180ms，較完整動力學(xué)方程的 260ms 的解算時間而言，時間縮短 了 30%，因此該簡化模型具有較高的計算效率，能更好的滿足并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)時控制要求。 基于 RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)誤差補(bǔ)償?shù)暮喕瘎恿W(xué)模型較簡化動力學(xué)模型有較高的精度，適合 于計算力矩控制、增廣 PD 控制、自適應(yīng)控制、魯棒控制等依賴于被控對象精確模型的控 制方法的設(shè)計[133,134,136]。 下面介紹了一些關(guān)鍵部件的三維幾何體和二維結(jié)構(gòu)尺寸

64、圖。 機(jī)器人大臂 機(jī)器人大臂端 機(jī)器人固定端 電機(jī)固定座 電機(jī)固定座 動盤座 帶輪 3.13. 各部分的裝配關(guān)系 在個關(guān)節(jié)出使用球約束使得他們之間有相對運(yùn)動。 關(guān)節(jié)之間創(chuàng)建萬向約束 皮帶輪之間參與銷釘連接 總裝配圖 第4章 仿真分析 首先進(jìn)入到仿真界面中： 對電動機(jī)軸添加伺服電機(jī)，產(chǎn)生動力。 設(shè)置位置做為電動機(jī)的變化量 選擇運(yùn)行分析 創(chuàng)建測量項目 參考文獻(xiàn) [1] 吳宗澤,羅圣國.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊第二版[M].北京:高等教育出版社,1999. [2]廖念

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