并联机器人运动可靠性综述

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1、并联机器人运动可靠性研究综述1.绪论并联机器人是一种新型制造设备，它是机构学理论、机器人技术和数控技术结合的产物。尽管国外在并联机器人的产业化方面取得了突破性进展，但国内水平与国际水平还有相当大的距离，它的可靠性分析工作起步更是较晚。九十年代人们对于机构运动可靠性的研究刚刚开始，运动可靠性理论发展还不完善，有些重要的问题还没有解决，研究工作有待进一步进行。因此，研究机构的运动可靠性有着较大的理论价值和实用价值。本文是在结合五篇关于并联机器人运动可靠性的论文而写成的一篇综述性文章，文章将以并联机器人的运动分析，可靠性研究，及相关分析软件的介绍三

2、个部分来进行阐述。2.并联机器人运动分析2.1概述并联机器人机构可以定义为：上下平台用两个或两个以上分支相连，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构称为并联机器入机构。但是从机构学的角度出发，只要是多自由度的，驱动器分别在不同的环路上的并联多环路机构都可以称之为并联机构。一般说来，根据原动件的驱动方式可将并联机构的类型划分为三大类：(1)旋转驱动型(RotaryActuationtype，简称RA型)；(2)腿长可变型或称Stewart类型(VariableLeg,slength，简称vL型)：(3)固定导向驱动型(FixedL

3、inearactuationtype，简称FL型)。对于本文所对应的机器人来说，该机器人的机构为3-RPS型，它的结构简图如图2．1所示，该并联机构由上下两个圆盘，三根上连杆，三根下连杆组成的，其中上圆盘与三根上连杆之间均用球副连接，并且三个球副成JE--角形分布于上圆盘上，上连杆与下连杆之间用移动副连接，三根下连杆与下圆盘(机架)用转动副连接，并且转动副也是成正三角形分布在下圆盘上的。驱动三根上连杆，使它们改变与下连杆的接触长度，从而改变上圆盘在空间的位姿变化。图2．1机器人简图由图2．1可知本课题研究的3-RPS结构的并联机器人一共由8个

4、构件组成，即N=8，运动副为3个球副、3个移动副、3个转动副，球副的约束数为3，移动副和转动副的约束数均为5，则该机器人机构的自由度数通过计算为3。2.2位置分析2.2.1位置描述位置分析的任务是确定机构的输入与输出之间的关系。已知机构的主动件的输入位置，求输出件的位置和姿态，这是位置分析的正解问题；相反，若已知机构输出件的位置和姿态，求输入件的位置则是位置分析的反解问题。并联机床的位置正解就是已知驱动杆杆长的变化来确定末端平台的位姿：位置反解是已知末端平台的位姿确定驱动杆杆长的变化。位置反解易求，但正解难以获得。在对并联机器人用数学模型来描

5、述位置时，可如图2.2建立坐标系。图2.2并联机器人位姿描述图对机器人位姿进行描述，定义固定平台坐标系O—X0Y0Z0。的原点O位于定平台的几何中心，X0轴的正方向由O点指向B1；Z0轴的正方向是竖直向上：Y0轴的正方向与B1B2平行。动坐标系O'—X0Y0Z0的原点O'位于动平台的几何中心，X0轴的正方向由O'点指向P1点；Z0轴的正方向垂直于动平台向上；Y0轴的正方向与P3P2只平行。r为上圆盘外接圆半径，R为下圆盘外接圆半径。根据坐标变换获得机器人的不同位姿。2.2.2位置正反解正解问题是指已知各驱动副的长度，角度和速度，求活动平台位姿

6、和速度；逆解问题是指已知活动平台位姿和速度求各驱动副的长度(角度)和速度。通常，由于人们是根据机械手操作任务而提出的对末端执行器位行的要求，要控制末端执行器实现这样的位行，就需要求出各驱动关节坐标值，为此，人们往往最关心的是逆向运动学的求解问题。目前，一般并联机构的逆解均可求出，但并联机构的正解问题的难点则在于其多解性。现有的并联机器人的位姿正解方法有迭代法、优化法，解析法和同伦法等，它们备有优点和缺点。但是对于工程技术人员来讲，我们需要的只是机器人的运动学的有关数据，得出机器人的运动学性能。但是这样会造成工程技术人员花费额外的时间和精力研究

7、算法，编制程序等等。在文献[1]和文献[3]中主要利用ADAMS软件来进行求解，ADAMS软件提供了点驱动与测量的功能，还提供了能把曲线图转化为样条曲线的功能，这样就可以通过这几项功能解决轨迹规划以及正解与逆解的问题。另外，对于四自由度并联机器人的位置求解问题，在文献[3]中也通过类似建立坐标系，建立相应的数学模型来进行求解。2.3运动分析根据前述中所建立坐标系，及相关位置描述建立相关数学模型来进行速度和加速度的分析。1.并联机器人可靠性分析3.1误差分析机构的运动误差是指实际机构运动与理想机构运动所产生的差异。理想机构是指：绝对精确地实现设

8、计要求的机构。实际机构是指；具有误差因素只能近似实现设计要求的机构。机构运动误差按运动形态不同分为以下几种：（1）机构的原始位置误差：当实际机构与相应的理想机构的主