一類2-、3-、4自由度高速并聯(lián)機械手設計理論與方法研究.pdf

1、本文密切結合食品醫(yī)藥、現(xiàn)代物流、電子信息等領域自動化生產(chǎn)線高速輕載搬運作業(yè)需求,在國家“高檔數(shù)控機床與基礎制造裝備”科技重大專項研究發(fā)展計劃的資助下,研究一類由外轉動副驅動、含平行四邊形支鏈的2-、3-、4自由度高速抓放并聯(lián)機械手的設計理論與方法,包括運動學和剛體動力學分析、動力尺度綜合、伺服電機參數(shù)選配等,并結合兩臺工程化樣機的開發(fā),開展性能試驗研究。全文取得如下成果:
　　在拓撲結構創(chuàng)新方面,發(fā)明了一種具有自主知識產(chǎn)權的新型四

2、自由度高速并聯(lián)機械手(以下簡稱Cross-IV)。其雙動平臺通過四根導軌實現(xiàn)相對錯動,進而利用螺旋副轉化為末端執(zhí)行器的轉動,而且采用封閉框架結構和過約束設計,在實現(xiàn)輕量化設計的同時保證了機構剛度和運動精度。
　　在動力學建模方面,結合高速并聯(lián)機械手的特點,建立了完備和簡化剛體動力學模型。簡化剛體動力學模型不僅表達式簡潔、具有較好的精度和較高的計算效率,而且為構造動力尺度綜合中的動力學性能指標奠定了基礎。
　　在參數(shù)優(yōu)化設計方

3、面,利用簡化剛體動力學模型,提出了一種基于運動學性能約束的動力尺度綜合方法,并在以下三方面形成特色:
　　(1)針對慣性項和速度項對單支鏈關節(jié)驅動力矩的貢獻,定義了兩類無量綱動力學性能評價指標,得出了無論發(fā)生直接奇異還是間接奇異,慣性項力矩性能指標均趨于無窮的重要結論。
　　(2)利用直接和間接雅可比矩陣的行列式,構造出兩類可完整揭示機構奇異狀態(tài)的空間壓力角,其可定量描述機構鏈內(nèi)與鏈間的力傳遞特性。
　　(3)以上述動

4、力學性能指標為目標函數(shù),以空間壓力角為約束條件,將一類由外轉動副驅動、含平行四邊形支鏈的高速并聯(lián)機械手的動力尺度綜合問題歸結為一類有約束的多目標優(yōu)化問題,并采用多目標優(yōu)化方法最終得到了一組指導工程樣機設計的尺度參數(shù)。
　　利用上述研究成果,開發(fā)出了Delta和Cross-IV兩款高速并聯(lián)機械手工程化樣機,并開展了性能試驗。試驗結果表明:樣機的運動學和剛體動力學性能與設計值具有良好的一致性,進而驗證了本文所述理論和方法的正確性和有效