关键词:
并联机器人
运动学
动力学
虚拟样机建模
仿真
摘要:
并联机器人具有高效灵活、刚度大、误差小、成本低、结构稳定、承载力大、容易实现控制等优点,是目前制造业的研究热点之,所以被广泛应用于航空航天、船舶、国防、汽车等行业,也可将并联机器人应用于石材行业,实现复杂的立体三维曲面运动。 详细介绍了3-TPS/TP型并联机器人的构型设计,确定机构拟实现的运动形式。并对机构运动学做了详细分析,找到刀尖点位姿变化与主动链驱动杆位移量之间的变化关系;刀尖点的速度和加速度与驱动杆的速度及加速度之间的映射关系。运用推导的运动学理论,若给定末端执行器刀具的位姿、速度和加速度,然后变换为主动链驱动杆上伺服电机的控制指令。所以运动学分析对于并联机器人控制系统的研究具有重要的意义。 对并联机器人各个子系统的物理特征做了详细的介绍,然后运用拉格朗日方程,建立了动平台和并联工作头的动力学方程,最终给出驱动力的两种表达形式:一是从引起驱动力变化的因素上考虑;二是从机构的各个子系统所需驱动力考虑。当已知刀尖点的运动情况时,通过这两种驱动力表达式就可以求解驱动力的变化范围,也就能够获得机构在运动时所需的最大驱动力,为伺服电机的选择提供参考依据。 确定了主动链伸缩装置的实现形式,采用伺服电机驱动滚珠丝杠完成伸缩运动,对滚珠丝杠和伺服电机都做了详细的选型计算。在Solidworks软件里,对并联机器人整机进行了三维样机建模,直观充分的表达出各个零部件的形状和装配的先后顺序,通过反复的设计修改,最终完成整机虚拟样机的模型,为后续零件图纸的绘制、样机的制作和控制线路的安排提供了参考。 在ADAMS软件里,对并联机器人进行了运动学和动力学仿真,更加直观的看到刀尖点运动与各驱动杆驱动力之间的对应变化关系,对并联机器人的设计具有重要意义。应用MATLAB软件,对并联机器人进行动力学仿真分析,得到驱动力的变化范围,综合仿真结果得出重力在运动过程中对驱动力的影响最大,哥氏力和离心力对驱动力的影响很小。