六自由度平行机器人分析.docx
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六自由度平行机器人分析
机械创新设计课程论文
题目
6自由度并联机器人的分析
姓名：
徐海强
班级：
12级机自卓越班
学号：
1210100d04
1.并联机器人的简介
2.6自由度并联机器人的模型及设计工程图....
3.并联机器人的工作原理及自由度的计算
4.完成本次课程论文的收获
简介
本文是对六自由度并联机器人作一些简单的叙述。
目前工业生产中的机器人以串联机器人居多，串联机器人工作空间广，操作性灵活，但其缺点是承载能力小，位置精度低，动力学性能差等缺点。
因而就有了并联机器人。
Stewart在1965年首次对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Stewart机构，其
由6个液压缸支撑和驱动。
与串联机器人相比，并联机器人有误差小，动力性能强等优点，但其劣势在于工作空间小，灵活性较差，内部存在奇异点等不足，因而与串联机器人在结构和性能上呈现对偶关系，使他们在应用上不是替代而是互补的关系。
并联机器人目前主要的应用方面有：
（1）运动模拟器
（2）并联机床
（3）微操作机器人
（4）力传感器
其他：
军事领域中的潜艇、坦克驾驶运动模拟器，下一代战斗机的矢量喷管、潜艇及空间飞行器的对接装置、姿态控制器等；生物医学工程中的细胞操作机器人、可实现细胞的注射和分割；微外科手术机器人；大型射电天文望远镜的
姿态调整装置；混联装备等，如SMT公司的Tricept混联机
械手模块是基于并联机构单元的模块化设计的成功典范。
对并联机器人研究的设计理论，主要包含有概念设计，工作空间问题，动力学问题，精度设计，数控系统，关键基础件以及机构的创新设计。
主要的研究内容有以下几点：
（1）建立并联机器人运动学正解和运动学逆解的数学模型，首次提出运用遗传算法来直接求取运动学正解和运动学逆解。
（2）对并联机器人的工作空间进行详细研究。
分析工作空间的各种影响因素，绘制不同情况下的工作空间截面图形，采用数值搜索算法，得到工作空间立体图形。
（3）分析各结构参数对其工作空间截面形状的影响并作出优化。
由于此文主要参考他人文献，网络中对于此的研究也较为深入和全面，在此不做赘述。
模型的建立
应任务要求，以及为了便于观察理解，我在此将六自由度并联机器人用软件solidworks进行了三维模型的建立和零件工程图的绘制装配好的三维图如下:
零件的工程图如下:
02728
2D
154.40
f
24
IDCO
<—1
19
l引
L0~
54
容易看出，该结构是由电机驱动6根活塞杆运动，从而实现平台各个方向的运动，转动连接位置的细节图：
自由度的计算
若在三维空间有n个完全不受约束的构件，并且任选其
中的一个为固定参照物，因每个构件相对参照物都有6个运
动自由度，则n个构件相对参照物共有6（n-1）个运动自由度。
若所有的构件之间用运动副连接起来，则第i个运动副的约
束为Ui，此约束可以是1和5之间的任何数，如果所有n个构件之间的运动副数目为g，则这是的运动自由度应减去所
有的约束数的总和则为机构自由度，即：
g
M=6（n-1）-'ui
y
（1）
M表示自由度.一般情况下式中的Ui可以用（6-仁）,代替,fi为第i个运动副对相对自由度数，则有：
g
M二6（n-g-1）'fi
日
（2）
这就是一般形式的空间机构自由度计算公式
对于多环空间机构，上式还可以写成更加方便的形式：
g
M八£-61
日（3）
式中I为独立的环路数目。
很明显，式
（2）和（3）是
相同的。
若在一个单闭环（构件数n等于运动副数g）的基础上，另加一条其两端都有运动副对开链，则可以形成另一闭环，这时所增加的运动副数目比所增加的构件数多1，构
件数目就是（g-1），这样，若所增加的独立闭环数为2,3...,（1-1）,
这时机构的总的环路数目为丨，所以有i=g-n+1。
将上式代入
（2）便可得（3）。
上述公式只是用于公共约束为0，即不具有公共约束的
情况。
而熟知的平面机构及球面机构的自由度计算公式，其对应的公约束为3•对于更为普遍地情形，机构可能具有从0
g
M八f-dl
i=1
到6之间的任何数目的公共约束，机构的自由度可以表示为更加一般的形式：
M=d（n-g-1）'£或
i=1
式中d为机构的阶数，若用■表示机构的公共约束数目，
d=6-'。
另外，也可以用观察法得出机构的自由度为6
收获与总结
本次课程论文，我对6自由度的并联机器人作了一些简单的叙述，并独立完成了其三维及二维模型的建立。
虽然缺少自己的创新想法，但这整个过程也让我收获颇多。
我不仅了解到了一些工业机器人的发展历史，类型和应用，也知道了从串联发展到并联机器人的一些过程以及并联机器人的结构和运动原理。
同时，三维模型的建立，也让我运用三维绘图软件更加熟练，懂得了更多的模型的建立。
当然，这个过程中我也遇到了不少的困难，比如说在机械原理的课中，我们学习的都是平面运动机构。
而这次接触的却是一个空间运动机构，因此在自由度的计算上感到十分棘手。
最为麻烦的是模型的建立，部件虽然不多，形状也不算复杂，但整个模型配合起来十分麻烦，尺寸若稍有不合适，就会发生配合错误而导致模型不能正常运动。
因此在这些困难上，我也收集了许些资料，作了详细的计算，最终才完成了本次课程论文的任务。
总之，这次课程设计论文让我收获不少!
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