两自由度并联机器人的性能分析及尺寸优化

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1、摘要并联机器人有着串联机器人所不具有的优点，在应用上与串联机器人形成互补关系。2自由度并联税器入怒并联视器久家族中的重爱组成酃分，蠡i于结梅简擎、控制方便和造价低等特点，有着重要的应用前景和开发价值。本文以2自出度并联机器人为研究对象，全面系统分析了平面2自由度5R并联机器人、平面2臼由度驱动残余并联机器人、球面2自由度5R著联机器人以及球聪2自由度驱动冗余著联机器人的运动学性能，在此基础上，进行了运动学优化设计。本文首先投据枧擒几何约藤条传，琴』爝矢量理论鞠球露瓣折几何理论，建立了四类2自由度并联机器

2、人机构的约束方程，研究了机构位置解；同时，利用对机构绞索方程求霉豹方法，建立了2妻由痰并联枫器大瓤构熬运溯学骥可跑矩黪。嫒器人运动学雅可比矩阵的建立，是对机构进行性能指标分析的旗础和前提。穰据2鑫舞度著联梳器人梳筏足俺约寒条{孛帮装嚣条件，分剩建立了露类并联机器人机构的尺寸设计空间。利用平面几何和球面解析几何法，系统地分析了机器久辊梭的理论工作空闻形状。针对球菌丰旯梅，乖j蕉缣角交换理论，将球覆工作空闫形状变换到平面上表示出来。利用机构理论工作空间形状发生变化的临界尺寸数学条件，将设计空间划分为若干子区

3、域，研究了每个予区域内的机器人车凡构特征。避一步分析了机器人理论工作空间形状、面积与机构枵件尺寸参数之间的关系，讨论了理论工作空间在机构尺寸设计空间内的分布规律。壤提机构鸯异位形的几秘特点和物理意义，对机构奇异位形进行了分类。利用矢量理论，研究了2自由度非冗余并联机器人机构发生三类奇异位形的数学条件以及对嶷梗稳发耋l兰惫暴辩魏见掰特征，并详缨分孝厅了辍器天工佟空阗内敬奇爨软迹分布，以及机器人奇异轨迹在机构设计空间内的分布规律。在对2自幽度非冗余并联裰器久壤拣奄异位髟分辑熬鏊疆土，进一步分援T2叁峦瘦鞭动

4、咒衾并联极器人掇构发，主奇异位形时的几何特锨及奇异轨迹的求解方法。校据袄嚣入全蠛{篷能指标魏定义，计算了2叁羹凌著联税器入瓠攘翡灵巧爱、输出速度、承载能力以及刚魔等全域性能指标值，利用设计空间理论研究了各种全域性能指标与税器入梳构秆件尺寸之闻的关系，并绘翻帮分耩了相废豹性能强谱a最后，论文在系统地分析了各种性能指标的基础上，归纳了利用性能图谱设计燕出大学工学媾士学垃谂文2自由度并联机器人的原则，并给出具体设计实例。同时，研究了具有相同尺寸的驱动冗余撬梅与{}冗余撬秘戆往麓撩标，遴一步分辑了驱韵冗余瓿确鲍

5、特赢。关键词平谣税构；球面梳檎；2舀癌度；并联辊器入；设计空间；性能指标；优纯设计llAbstractParallelmanipulatorhasmanyadvantagesthatserialmanipulatordoesnotpossess，sotheycancompensateforeachotherinthepracticalapplication．2-DOFparallelmanipulatorplaysaveryimportantroleinthefamilyofparallelmanipu

6、lators．Itwillbedevelopedandusedinmanyfieldsinthenearfutureduetoitslowmanufacturingcost，easeincontrolandsimplicityinstructure．Focusingon2-DOFparallelmanipulators，thisthesispresentsanextensivestudyofthekinematicsofplane2-DOF5Rparallelmanipulator,plane2-DOF

7、parallelmanipulatorwithredundantactuation，spherical2-DOF5Rparallelmanipulatorandspherical2-DOFparallelmanipulatorwithredundantactuation．Basedonresultsobtainedfromthestudy,thekinematicaloptimumdesignisalsocarriedout，Theconstraintequationsoffourkindsofpara

8、llelmanipulatorsarefirstpresented，respectively,accordingtothegeometricalconstraintofmechanismandbyusingvictoralgebraandsphericalanalyticgeometry．Thepositionsolutiontothemechanismisstudied．TheJacobianmatrixofthe2-DOFparalle