机械三自由度绳驱动并联机器人运动及动力学研究【全套设计】

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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章绪论1.1并联机器人简介1.1.1并联机器人的发展史　1931年，Gwinnett在其专利中提出了一种基于球面并联机构的娱乐装置（如图1.1）。1940年，Pollard在其专利中提出了一种空间工业并联机构，用于汽车的喷漆（如图1.2）。1962年，Gough发明了一种基于并联机构的六自由度轮胎检测装置（如图1.3）。1965年，英国高级工程师Stewart发表了名为“APlatformwithSixDegreesofFreedom”的论文，首次对G

2、ough发明的这种机构进行了机构学意义上的研究，并将其推广应用为飞行模拟器的运动产生装置，这种机构也是目前应用最广的并联机构，被称为Gough-Stewart机构或Stewart机构（如图1.4），该机构由上下平台及6根支柱构成，6根支柱可以独立地伸缩，分别通过球铰与上下平台连接。将上下平台固定，则上平台就可以进行6个自由度的独立运动，在三维空间可以做任意方向的移动和绕任意方向、位置的轴线转动。全套设计，加1978年，澳大利亚的Hunt首次提出把六自由度并联机构作为机器人操作器，由此拉开并联机器

3、人研究的序幕。-86-内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）随着六自由度并联机器人相关技术研究的日趋成熟，少自由度并联机器人逐渐受到国际学者们的关注（少自由度并联机器人一般是指自由度数目为2、3、4的并联机器人，这类机器人可以应用到不需要6个自由度的场合）。Hunt被公认为是少自由度并联机构研究的先驱。1983年，他应用空间机构自由度准则及Ball的螺旋理论，给出了一张并联机构的机型列表，列举了平面并联机构、空间3自由度3-RPS并联机构以及非对称的4、5自由度并联机构。1985年，瑞士的Cl

4、avel博士提出了一种称为Delta的三维移动机构，它是由于其基座平台和运动平台都是呈三角形状而得名（如图1.5）。Delta机构是最典型的空间三自由度移动的并联机构，大多数空间三自由度并联机构都是从Delta机构衍生的。Delta机器人是一种具有3个平动自由度的高速并联机器人，也是目前商业应用最成功的并联机器人之一。1991年，黄真教授研制出我国第一台六自由度并联机器人样机；在1994年研制出一台柔性铰链并联式六自由度机器人误差补偿器(如图1.6)；1996年，黄真等综合出多种3自由度立方体并

5、联机构；在1997年出版了我国第一部关于并联机器人理论及技术的专著。20世纪90年代以来，并联机构用于转位装置，并开始用于数控机床，被认为是“彻底改变了100多年来机床的机构配置和运动学原理，并将成为21世纪新一代机床的范例”。1994年，芝加哥国际机床博览会(IMTS94)上首次展出了称为“六足虫”(Hexapod)和“变异型”(VARIAX)的数控机床与加工中心并引起了轰动。1996年，美国马里兰大学的学者Tsai在对DELTA作了改进，发明了Tsai氏3维移动机构（如图1.7）。1999年

6、，Herve提出一种3维移动并联微动机器人。　图1.1并联娱乐装置图1.2Pollard的并联机构-86-内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）图1.3轮胎检测装置图1.4Stewart平台图1.5Delta机器人图1.6六自由度机器人误差补偿器1.1.2并联机器人的特点　　并联机器人起源于并联机构（ParallelMechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。并联机器人和传统工业用串联机器

7、人在哲学上呈对立统一的关系，和串联机器人相比较，并联机器人具有以下优点：①并联机构的末端件动平台由六根杆支撑，与串联机构相比，刚度大，而且结构稳定。由于刚度大，并联式结构较串联式结构在相同的自重或体积的情况下承载能力大得多。②串联机构的末端件的误差是各个关节误差的积累和放大，因而误差大，精度低，并联机构没有这样的积累和放大关系，误差较小。-86-内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）③串联机器人的驱动电机和传动系统都放在运动着的大小臂上，增加了系统的运动惯性，恶化了系统的动力性能。并联机器人很

8、容易将电机置于机座上，减少了运动负荷，极大地提高了系统的动力性能。④在位置求解上，串联机构的正解容易，逆解十分困难，而并联机构的逆解容易，正解十分困难。由于机器人的在线实时计算是计算逆解，因此并联机构很容易实现，而串联机构就比较困难。⑤在工作空间方面，相对于串联机器人来说，并联机器人的工作空间较小，主要受动平台、机座的形状和大小、铰链约束、杆件的长度以及杆件之间的干涉和奇异位置等约束的影响。⑥并联机构的动力学特性具有高度非线性、强祸合的特点，使其控制较为复杂。并联机构的劣势在于工作空间较小，灵活