《3ppr并联机器人自由及运动特性研究》.ppt

3-PPR并联机器人自由度及运动特性研究并联机器人自由度及运动特性研究答答 辩辩 人：人：张张张张 军军军军答辩时间：答辩时间：20142014年年年年0606月月月月0505日日日日专专 业：业：机械设计及理论机械设计及理论机械设计及理论机械设计及理论指导教师：指导教师：谢志江谢志江谢志江谢志江1.绪论绪论2.并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析3.并联机器人运动学并联机器人运动学分析分析目目 录录4.并联机器人工作空并联机器人工作空间分析间分析5.并联机器人动力学并联机器人动力学分析分析6.结论与展望结论与展望1 绪绪 论论课题来源及背景课题来源及背景课题来源及背景课题来源及背景 课题来源及背景基于国家某大型激光装置器工程建设中课题来源及背景基于国家某大型激光装置器工程建设中课题来源及背景基于国家某大型激光装置器工程建设中课题来源及背景基于国家某大型激光装置器工程建设中激光光学模块的洁净精密装校项目。激光光学模块的洁净精密装校项目。激光光学模块的洁净精密装校项目。激光光学模块的洁净精密装校项目。1 绪绪 论论本文研究内容本文研究内容本文研究内容本文研究内容 介绍了本课题的来源与背景，国内外并联机器人的介绍了本课题的来源与背景，国内外并联机器人的介绍了本课题的来源与背景，国内外并联机器人的介绍了本课题的来源与背景，国内外并联机器人的发展概况以及国内外并联机器人运动学和动力学以及工作发展概况以及国内外并联机器人运动学和动力学以及工作发展概况以及国内外并联机器人运动学和动力学以及工作发展概况以及国内外并联机器人运动学和动力学以及工作空间相关理论的研究情况。空间相关理论的研究情况。空间相关理论的研究情况。空间相关理论的研究情况。对三自由度并联机器人的结构和尺寸参数进行了介对三自由度并联机器人的结构和尺寸参数进行了介对三自由度并联机器人的结构和尺寸参数进行了介对三自由度并联机器人的结构和尺寸参数进行了介绍，并运用螺旋理论分析了机构的自由度进行了详细的计绍，并运用螺旋理论分析了机构的自由度进行了详细的计绍，并运用螺旋理论分析了机构的自由度进行了详细的计绍，并运用螺旋理论分析了机构的自由度进行了详细的计算以及对机构驱动输入的选取进行了判别。算以及对机构驱动输入的选取进行了判别。算以及对机构驱动输入的选取进行了判别。算以及对机构驱动输入的选取进行了判别。建立并联机器人的正逆运动学模型，对机构运动学建立并联机器人的正逆运动学模型，对机构运动学建立并联机器人的正逆运动学模型，对机构运动学建立并联机器人的正逆运动学模型，对机构运动学的正解和逆解进行了分析，最后通过的正解和逆解进行了分析，最后通过的正解和逆解进行了分析，最后通过的正解和逆解进行了分析，最后通过ADAMSADAMSADAMSADAMS软件和软件和软件和软件和MatlabMatlab软件对该机构的运动学进行仿真。软件对该机构的运动学进行仿真。软件对该机构的运动学进行仿真。软件对该机构的运动学进行仿真。1 绪绪 论论本文研究内容本文研究内容本文研究内容本文研究内容 对对对对3-PPR3-PPR并联机器人工作空间的约束条件进行了详并联机器人工作空间的约束条件进行了详并联机器人工作空间的约束条件进行了详并联机器人工作空间的约束条件进行了详细的分析，分别运用数值法和计算机几何辅助法对分析了细的分析，分别运用数值法和计算机几何辅助法对分析了细的分析，分别运用数值法和计算机几何辅助法对分析了细的分析，分别运用数值法和计算机几何辅助法对分析了工作空间。工作空间。工作空间。工作空间。建立了建立了建立了建立了3-PPR3-PPR并联机器人的拉格朗日动力学模型，并联机器人的拉格朗日动力学模型，并联机器人的拉格朗日动力学模型，并联机器人的拉格朗日动力学模型，并分别使用并分别使用并分别使用并分别使用ADAMSADAMS软件和软件和软件和软件和MatlabMatlab软件对该并联机构的动软件对该并联机构的动软件对该并联机构的动软件对该并联机构的动力学进行了仿真分析。将仿真结果和该机构的动力学理论力学进行了仿真分析。将仿真结果和该机构的动力学理论力学进行了仿真分析。将仿真结果和该机构的动力学理论力学进行了仿真分析。将仿真结果和该机构的动力学理论模型求解结果进行对比，从而验证了动力学建模的正确性。模型求解结果进行对比，从而验证了动力学建模的正确性。模型求解结果进行对比，从而验证了动力学建模的正确性。模型求解结果进行对比，从而验证了动力学建模的正确性。1 绪绪 论论本文技术路线图本文技术路线图本文技术路线图本文技术路线图2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人结构分析并联机器人结构分析并联机器人结构分析并联机器人结构分析 并联机器人主要由定平台、直流伺服电机、精密行星齿轮并联机器人主要由定平台、直流伺服电机、精密行星齿轮并联机器人主要由定平台、直流伺服电机、精密行星齿轮并联机器人主要由定平台、直流伺服电机、精密行星齿轮减速机、滚珠丝杠螺母副、十字交叉导轨副、连杆、滚珠轴减速机、滚珠丝杠螺母副、十字交叉导轨副、连杆、滚珠轴减速机、滚珠丝杠螺母副、十字交叉导轨副、连杆、滚珠轴减速机、滚珠丝杠螺母副、十字交叉导轨副、连杆、滚珠轴环和动平台等组成。该并联机器人的驱动是伺服电机带动滚环和动平台等组成。该并联机器人的驱动是伺服电机带动滚环和动平台等组成。该并联机器人的驱动是伺服电机带动滚环和动平台等组成。该并联机器人的驱动是伺服电机带动滚珠丝杠转动，而滚珠丝杠上的螺母通过连接板带动滑块的移珠丝杠转动，而滚珠丝杠上的螺母通过连接板带动滑块的移珠丝杠转动，而滚珠丝杠上的螺母通过连接板带动滑块的移珠丝杠转动，而滚珠丝杠上的螺母通过连接板带动滑块的移动。动。动。动。2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人工况分析并联机器人工况分析并联机器人工况分析并联机器人工况分析2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析 根据螺旋理论，可以得出根据螺旋理论，可以得出根据螺旋理论，可以得出根据螺旋理论，可以得出3-PPR3-PPR并联机器人机构的每个并联机器人机构的每个并联机器人机构的每个并联机器人机构的每个运动副的运动螺旋。运动副的运动螺旋。运动副的运动螺旋。运动副的运动螺旋。2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析 两螺旋的原部矢量和对偶矢量分别交叉相乘所求得的结两螺旋的原部矢量和对偶矢量分别交叉相乘所求得的结两螺旋的原部矢量和对偶矢量分别交叉相乘所求得的结两螺旋的原部矢量和对偶矢量分别交叉相乘所求得的结果称为螺旋互易积。如果两个螺旋的互易积为零，就称这果称为螺旋互易积。如果两个螺旋的互易积为零，就称这果称为螺旋互易积。如果两个螺旋的互易积为零，就称这果称为螺旋互易积。如果两个螺旋的互易积为零，就称这两个螺旋分别为正螺旋和与这正螺旋相关的反螺旋。则可两个螺旋分别为正螺旋和与这正螺旋相关的反螺旋。则可两个螺旋分别为正螺旋和与这正螺旋相关的反螺旋。则可两个螺旋分别为正螺旋和与这正螺旋相关的反螺旋。则可以求出三条支链各运动副的反螺旋：以求出三条支链各运动副的反螺旋：以求出三条支链各运动副的反螺旋：以求出三条支链各运动副的反螺旋：2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析并联机器人自由度分析 由螺旋理论知识可知，运动螺旋的反螺旋表示物体在实际由螺旋理论知识可知，运动螺旋的反螺旋表示物体在实际由螺旋理论知识可知，运动螺旋的反螺旋表示物体在实际由螺旋理论知识可知，运动螺旋的反螺旋表示物体在实际三维空间中所受到的约束作用。三维空间中所受到的约束作用。三维空间中所受到的约束作用。三维空间中所受到的约束作用。3-PPR3-PPR并联机构的三条支链并联机构的三条支链并联机构的三条支链并联机构的三条支链分别都同时对动平台绕分别都同时对动平台绕分别都同时对动平台绕分别都同时对动平台绕X X X X轴和轴和轴和轴和Y Y Y Y轴的转动进行了限制，即对轴的转动进行了限制，即对轴的转动进行了限制，即对轴的转动进行了限制，即对X X和和和和Y Y轴产生约束力偶的作用，同时也对动平台沿轴产生约束力偶的作用，同时也对动平台沿轴产生约束力偶的作用，同时也对动平台沿轴产生约束力偶的作用，同时也对动平台沿Z Z轴的移动轴的移动轴的移动轴的移动进行了限制，即对进行了限制，即对进行了限制，即对进行了限制，即对Z Z轴产生约束力的作用。因此该并联机构轴产生约束力的作用。因此该并联机构轴产生约束力的作用。因此该并联机构轴产生约束力的作用。因此该并联机构的公共约束的公共约束的公共约束的公共约束 ，。且机构中不存在虚约束和局部自由。且机构中不存在虚约束和局部自由。且机构中不存在虚约束和局部自由。且机构中不存在虚约束和局部自由度，即度，即度，即度，即 。因此，因此，因此，因此，3-PPR3-PPR并联机构有并联机构有并联机构有并联机构有3 3个自由度，分别为沿个自由度，分别为沿个自由度，分别为沿个自由度，分别为沿X X轴和轴和轴和轴和Y Y轴轴轴轴的移动，以及绕的移动，以及绕的移动，以及绕的移动，以及绕Z Z轴的转动。其他的自由度均受到限制。轴的转动。其他的自由度均受到限制。轴的转动。其他的自由度均受到限制。轴的转动。其他的自由度均受到限制。2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别2 并联机器人结构与并联机器人结构与自由度分析自由度分析并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别并联机器人输入选择判别