2-dof高速高精度平面并联机器人的研究

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1、2-DOF高速高精度平面并联机器人研究Researchofthe2．DOFPlanarParallelRobotwithHigh--speed／High·-Precision学科专业：机械制造及其自动化研究生：申键指导教师：王刚教授天津大学机械工程学院二零零八年八月中文摘要随着机器人应用领域不断拓展，对其行程、速度、加速度和精度提出了更高的要求。然而，机器人因受其构件的惯性及弹性变形、各关节的摩擦力以及传动间隙的影响，其精度和响应频率是有限的，如何进行有效的机器人结构设计，提高系统的响应速度与定位精度，实现高速(高加速)、

2、高精度作业，是研制此类机器人要解决的关键问题。本文针对芯片封装等领域对高速高精度作业的实际需求，提出一种新型2-DOF高速高精度平面并联机器人：采用高性能直线音圈电机，直接驱动含有平行四边形支链的并联杆机构实现末端平台的2-DOF平动。该方案降低了机械传动误差，减小了运动部件的质量，提高了系统的刚度，易于实现高速、高加速和高精度的运动。在运动学方面，首先通过机器人的基本构型建立运动学等式与速度等式；然后基于雅可比矩阵进行了运动灵巧度分析与奇异位形分析，得到了机器人的最佳机构构型；最后分析确定出机器人的灵巧工作空间，得到了正

3、方形工作空间的最佳位置与配置方式。在动力学方面，建立机器人的拉格朗日动力学方程，基于动力学方程分析了机器人的速度特性、加速度特性以及动态可操作性；并结合运动灵巧度与动态可操作性构造了高速度高精度机器人的综合性能评价指标，据此对机器人进行尺度参数优化综合。在精度分析方面，分离了位置误差与姿态误差，简化了机器人精度分析的复杂性；然后建立了误差灵敏度评价函数，对影响机器人位姿误差的几何误差源进行了灵敏度分析；最后采用蒙特卡罗法对不可补偿的姿态误差进行了精度综合研究。最后，应用虚拟样机技术对机器人进行三维建模、装配、静动态干涉检查

4、以及运动学性能仿真分析，仿真分析结果表明，优化后的机器人具有很高的运动性能，实现了文章开始提出的性能指标。关键词：2-DOF平面并联机器人高速高精度虚拟样机ABSTRACTWiththequicklydevelopment，itisgreatdemandforstroke，speed，accelerationandprecisionofrobot．However，influencedbytheinertiaandelasticityofitscomponent，frictionofjointandtransmissionc

5、learance，theprecisionandresponsefrequencyofrobotislimited．itisnecessarytosolvefollowingkeytechnology：howtodesignconfigurationtoimprovetheresponsespeedandpositioningprecisionofrobotandrealizehighspeed／highprecisionmotion．Aimatthedemandforhighspeed／highprecisionmoti

6、onpositionofICencapsulationdomain，a2-DOFplanarparallelrobotwithhighacceleration／highprecisionispresented：itconsistsparallellinksmechanismwithtwoparallelogramschains，andisdrovedirectlybyhighperformancelinearvoicemotors．Theendstagecanrealized2-DOFpuretranslations．11

7、1isavoidsthedisadvantagesintroducedbyspeedreducerunit，decreasedthemassofmotioncomponentandimprovedthestiffness．Thereforethemechanismcangethighspeedandhighprecisioneasily．Firstly，kinematicequationsandspeedequationsisbuiltaccordingtothebasicconfiguration，andthekinem

8、aticdexterityandsingularityisanalyzedbasedtheJacobianmatrix，optimumconfigurationisobtained．Theoptimallocationandshapeofdexterityworkspaceisobtained．Seco