机器人机构拓扑结构分析与设计的关键技术问题的研究

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1、·学号：12105201常州大学硕士学位论文机器人机构拓扑结构分析与设计的关键技术问题的研究研究生马小蒙指导教师沈惠平教授学科、专业名称机械电子工程研究方向并联机器人2015年5月ResearchontheKeyTechnologyIssuesofAnalysisandDesignofTopologicalStructureofRobotMechanismADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByMaXiaomeng(MechatronicEngineering)Dissertatio

2、nSupervisor:Prof.ShenHui-ping(指导教师)May，2015·常州大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作

3、的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。保密论文注释：本学位论文属于保密范围，在年解密后适用本授权书。非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日·中文摘要本文根据基于方位特征（POC）集和单开链SOC集的机构拓扑结构设计理论，对机器人机构设计与方法的四个关键问题，进行了较深入的研究，意在为研制能够为工程

4、设计人员和机构学工作者所使用的机构拓扑结构设计与分析的自动生成软件奠定技术基础，并在以后能够扩展到运动学分析领域。首先，提出基于尺度约束类型的串联机构（即并联机构支链）的拓扑结构几何表示方法，该方法描述形式简单，结构清晰；其次，分别应用根据方位特征（POC）集及自由度对4轴和5轴串联机构进行型综合，以及对通用6-DOF关节机器人进行演化分析这两种方法，获得4轴及5轴工业机器人拓扑结构，并对其POC集、尺度约束类型进行分析;然后，由8个字符的二进制结构来表示并联机构运动副类型、尺度约束类型、以及动、静平台与各支链的尺度约束类型，并由这

5、些参数的数据组成可以表示串联机构（即支链）的拓扑结构数组。在此基础上，建立拓扑结构矩阵表示由各支链组成的机构，并建立拓扑运动逻辑矩阵。对该拓扑运动逻辑矩阵进行计算，得到支链的POC集，再由此，按照―交‖运算―减‖式运算规则，最终得到并联机构的POC集。这是机构拓扑结构分析与综合自动生成的核心算法；第四，利用VisualBasic6.0编程软件，设计了一个用于机构拓扑结构分析与综合自动生成的初级框架性程序，程序包括四个部分：（1）串联机构的拓扑结构分析；（2）并联机构的拓扑结构分析；（3）串联机构的型综合；（4）并联机构的型综合；第五

6、，建立一般6R机器人和典型6R工业机器人的位置正解模型，为串联机构运动学位置正解的计算机自动生成实现奠定基础；最后，研究了三平移并联机构的拓扑结构优化问题，设计了三种结构耦合度为零且输入-输出运动解耦的三平移并联机构，对其进行了拓扑结构分析，并得出优选不同的运动副作为驱动副可改善其输入-输出运动解耦性，而将动、静平台对换而驱动副不变，不会改变其输入-输出运动解耦性能等主要结论。关键词:工业机器人；串联机构；并联机构位置正解；算法；运动解耦；IAbstractFourkeyissuesofrobotdesignarestudiedto

7、laythetechnicalfoundationofautomaticgenerationsoftwareofdesignandanalysisofmechanismtopology,whichcanbeusedbyengineersandscholars,basedontopologystructuredesigntheoryofPositionandOrientationCharacteristics(POC)andSingleOpenedChain(SOC)inthispaper.Anditisexpectedtoexten

8、dtothefieldofkinematicsanalysis.Firstofall,geometricrepresentationofseriesmechanism’s(i.e.parallelbranched)topologica