一類空間平移的并聯(lián)機(jī)器人的類型綜合和優(yōu)選方法研究.pdf

1、在最近的十年中，少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的拓?fù)湫途C合研究取得很大的進(jìn)展，提出了許多系統(tǒng)的拓?fù)湫途C合方法，揭示了大量的少自由度并聯(lián)機(jī)器人的分支拓?fù)洹Ｈ欢鴮?shí)際在用的并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的數(shù)目卻非常少，阻礙其廣泛應(yīng)用的原因有很多，其中包括：(1)機(jī)構(gòu)類型的多樣性，難以選擇適合于操作任務(wù)的最佳機(jī)構(gòu)方案；(2)機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)依賴于其拓?fù)漕愋?、?qū)動(dòng)布局和設(shè)計(jì)參數(shù)，難以設(shè)計(jì)。前者是并聯(lián)機(jī)器人的比較和優(yōu)選，后者是機(jī)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文首先采用群論和微分幾何方

2、法創(chuàng)建了一類空間平移的并聯(lián)機(jī)器人(STPR)完整的機(jī)構(gòu)，然后提出一個(gè)系統(tǒng)的方法來研究它們的優(yōu)選問題，目的是為規(guī)定的操作任務(wù)選擇一個(gè)最合適的機(jī)構(gòu)方案。主要工作如下： 首先，為完整地創(chuàng)建一類STPR機(jī)構(gòu)，并給出每個(gè)機(jī)構(gòu)唯一的和明確的描述。依次實(shí)施三個(gè)工作：(1)列舉了一類STPR的可用分支拓?fù)?，它們都可以采用固定在靜平臺(tái)上的P關(guān)節(jié)作為驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，根據(jù)這些分支拓?fù)漭敵龅倪\(yùn)動(dòng)類型，它們可以分為T(3)子群類、X(z)子群類和T(3)U(O

3、，ω<,1>，ω<,2>)子流形類；(2)三自由矢量系的獨(dú)立方向數(shù)為依據(jù)，系統(tǒng)地分析了一類STPR機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)布局問題，它們所有可能的驅(qū)動(dòng)布局分為六種，并采用坐標(biāo)系無關(guān)的結(jié)構(gòu)參數(shù)描述每種布局；(3)引入共軛子群和共軛子流形的概念，按照對(duì)應(yīng)的分支拓?fù)漕愋偷难b配條件，提出了一種新的理論方法來創(chuàng)建一個(gè)完整的STPR機(jī)構(gòu)?；谶@些工作，形成一套完整的理論方法，用來確定任何一種可用分支拓?fù)浣M成的所有可能的STPR機(jī)構(gòu)，一類STPR機(jī)構(gòu)最終逐個(gè)被確定

4、，每個(gè)機(jī)構(gòu)都可以根據(jù)其分支拓?fù)漕愋?、?qū)動(dòng)布局類型和結(jié)構(gòu)參數(shù)給以唯一的描述。 然后，提出一種系統(tǒng)的優(yōu)選方法，從這一類(數(shù)百種)STPR機(jī)構(gòu)中為規(guī)定的操作任務(wù)選擇一種最合適的機(jī)構(gòu)方案。優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)考慮了每個(gè)STPR的全局條件指標(biāo)、全局剛度指標(biāo)和空間利用率指標(biāo)。為提高優(yōu)選效率，對(duì)提出的優(yōu)選方法中的三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)分別做了詳細(xì)地研究： (1)提出一種統(tǒng)一的方法來分析一類STPR的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題，并給出對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)分析軟件，以避免單個(gè)機(jī)構(gòu)的分析

5、和大量的符號(hào)運(yùn)算。 (2)提出一組高效的數(shù)值算法確定STPR可達(dá)的、靈活的工作空間及它們的邊界，以及包含在它們內(nèi)部的最大規(guī)則的靈活工作空間，以及快速計(jì)算 STPR 的運(yùn)動(dòng)學(xué)指標(biāo)。 (3)基于提出的數(shù)值算法，將優(yōu)選過程中的兩類優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束的非線性問題，并采用全局收斂的優(yōu)化方法來求解這些問題。最后，為得到數(shù)值的優(yōu)選結(jié)果，定義了一個(gè)操作任務(wù)，并考慮 4 種不同的優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，以一類 STPR 的一個(gè)子類(PPP<,a>R