绳驱动并联机械手(附件)【字数：14414】
摘 要当下社会，机器人运用的越来越广泛，特别是并联结构的机器人，而它具有以下个特点比较强的刚度，误差累积小，而且重量还小，负载能力也很高，位置精度较高并且能量消耗小。这使得很多人开始研究它们并且广泛应用。而本文讲述的绳驱动并联机械手则是机器人的连杆机构换成绳索，以此达到驱动目的。它不仅拥有了并联机器人的高精度，承载能力强，刚度高等的特点并且还具有绳驱动轻重量等优势。本文以 SolidWorks 三维建模为基础，可以利用一个平行四边形的结构设计出了新型的机器人， 也是为了防止底板的旋转运动，使工作台始终保持水平的运动状态，防止吸盘在抓取物体时脱落。然后再对这个机器人的结构进行了分析，并且针对绳驱动并联机械手机构运动进行了简单分析以及控制部分的理论设计。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2国内外绳驱动并联机械手的研究现状及发展趋势 1
1.2.1国外绳驱动并联机械手研究现状 1
1.2.2绳驱动并联机械手的发展趋势 1
1.3论文的研究目标和研究内容 3
1.3.1论文的研究目标 3
1.3.2论文的研究内容 4
1.4并联式机器人 4
1.5并联机械手的结构设计 5
1.6并联机械手的运动学的分析 5
1.7绳驱动并联机械手的控制分析 6
1.8本章小结 6
第二章 绳驱动并联机械手机械设计 7
2.1概述 7
2.2总体方案设计 7
2.3结构设计 7
2.4综合方案 8
2.5机械结构设计 9
2.5.1电动机的选择和安装 9
2.5.2连杆的设计 10
2.6零件的选择与校核 11
2.6.1电动机的选择 11
2.6.2啮合齿轮设计及校核 11
2.6.3吸盘的选择 14
2.6.4气弹簧的选择 14
2.7本章小结 15
第三章 绳驱动并联机械手运动学分析 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.1简述 16
3.2并联机械手的正向解 16
3.3并联机械手的逆向解 17
3.4速度分析 18
3.5绳驱动并联机械手的工作空间分析 19
3.5.1关于工作空间的定义 19
3.5.2影响工作区的因素 19
3.5.3运动区域的尺寸 19
3.6轨迹规划 20
3.7本章小结 20
第四章 绳驱动并联机械手的运动控制系统 21
4.1论述 21
4.2运动系统控制 21
4.2.1控制模式的选择 21
4.2.2伺服系统 22
4.3系统的硬件选择 22
4.4小结 23
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题的研究背景及意义
近几十年新潮起来一种高科技的产品，他就是工业机械手。而他亦然是工业机器人的一个重要体现。为了达到希冀的作业,它是通过可编程来实现的，并且在机能和结构上拥有人和机器各自的特点,尤其体现了机械设备所没有的智能化，再有机械手劳作期间可以适应且能够准确地在各式各样情况下完成任务的能力,在国民经济等各个领域有着开阔的前景。机械手是在机械化,自动化生产过程中渐渐新潮起来的一种新型劳动力。在当代生产过程中,机械手被广泛地应用于自动生产线中,机器人的研发和生产已成为高技术领域内,迅速发展起来的一门新兴的技能,它更加促进了机械手的成长，而正常的机械手因为有局限性,所以无法满足现代工业的需要在某些指定的环境下,因此柔性传动的机械臂上得到了更多学者的青睐。而柔性传动介质可以用绳索这种常见普遍的来代替,有着柔性传动的特点，就是小振幅的,同时也能达到精度，亦是刚性传动的，得到了很多国内外学者的认可。近几年，机电设备发展迅速,这种远程传输的方法在许多领域被广泛接受。
1.2国内外绳驱动并联机械手的研究现状及发展趋势
1.2.1国外绳驱动并联机械手研究现状
最早提出了柔索驱动并联机器人的设计问题的是Landsberger ,他完成了该结构的位置分析与工作空间分析。六索驱动并联机器人Robocrane是美国国家标准与技术研究院(NIST)研发出来的。王文利属于西安电子科技大学，他着重从并联机构开始,结合了绳索还有并联机构,设计出一种绳索式的吊挂Stewart平台,分析了这个平台的运动学的性能,并把它应用到了射电望远镜支撑平台上。东北大学和沈阳自动化研究所以绳驱动并联技术为起点,研发出了绳索驱动的三自由度的球面并联结构,该机构驱动元件是用绳索替代了连杆,又通过绳索的柔性力换了硬性连杆的运动。华侨大学的教授郑亚青，完成了关于绳驱动并联结构的运动学求解过程和关于它的控制,并研发出样机进行了模拟实验。
1.2.2绳驱动并联机械手的发展趋势
目前，世界上许多研究机构都积极开展了对绳索驱动并联机器人的探讨。其中，意大利，匈牙利，日本，美国，中国和德国等国家的研究机构都分别自主设计和开发了绳索驱动平行系统及机器人原型。而且设计的机器人也渐渐变得和人一样了，具有一定的思考能力了。机器人研究的期望状况主要集中在以下几点:
1、机械手设计拟人化
因为智能机器人已经被赋予了“人”的特殊理由，当然，他们需要具有相对完善的语言功能，以便他们能够与人类进行一定的甚至完美的语言交流，因此完美的机器人语言功能非常完善重要。该语言的能力取决于存储在数据库中的语句的大小以及它存储的语言范围。机器人运动与模仿人体运动有关。我们知道人类可以做出极其多样的动作，招手，握手，行走，跑步，跳跃和其他手势都是人类的行为。然而，虽然现代智能机器人也可以模仿人类的一些动作，但它们是相对僵硬的感觉，或者动作相对较慢。未来，机器人将会使用更灵活的人形关节和模拟人造肌肉使它们更加人性化，模仿人类的所有动作，甚至使它们更易于形成。也可以做出一些普通人难以制造的动作，例如平翻，倒立等等。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景及意义 1
1.2国内外绳驱动并联机械手的研究现状及发展趋势 1
1.2.1国外绳驱动并联机械手研究现状 1
1.2.2绳驱动并联机械手的发展趋势 1
1.3论文的研究目标和研究内容 3
1.3.1论文的研究目标 3
1.3.2论文的研究内容 4
1.4并联式机器人 4
1.5并联机械手的结构设计 5
1.6并联机械手的运动学的分析 5
1.7绳驱动并联机械手的控制分析 6
1.8本章小结 6
第二章 绳驱动并联机械手机械设计 7
2.1概述 7
2.2总体方案设计 7
2.3结构设计 7
2.4综合方案 8
2.5机械结构设计 9
2.5.1电动机的选择和安装 9
2.5.2连杆的设计 10
2.6零件的选择与校核 11
2.6.1电动机的选择 11
2.6.2啮合齿轮设计及校核 11
2.6.3吸盘的选择 14
2.6.4气弹簧的选择 14
2.7本章小结 15
第三章 绳驱动并联机械手运动学分析 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
3.1简述 16
3.2并联机械手的正向解 16
3.3并联机械手的逆向解 17
3.4速度分析 18
3.5绳驱动并联机械手的工作空间分析 19
3.5.1关于工作空间的定义 19
3.5.2影响工作区的因素 19
3.5.3运动区域的尺寸 19
3.6轨迹规划 20
3.7本章小结 20
第四章 绳驱动并联机械手的运动控制系统 21
4.1论述 21
4.2运动系统控制 21
4.2.1控制模式的选择 21
4.2.2伺服系统 22
4.3系统的硬件选择 22
4.4小结 23
致 谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1课题的研究背景及意义
近几十年新潮起来一种高科技的产品，他就是工业机械手。而他亦然是工业机器人的一个重要体现。为了达到希冀的作业,它是通过可编程来实现的，并且在机能和结构上拥有人和机器各自的特点,尤其体现了机械设备所没有的智能化，再有机械手劳作期间可以适应且能够准确地在各式各样情况下完成任务的能力,在国民经济等各个领域有着开阔的前景。机械手是在机械化,自动化生产过程中渐渐新潮起来的一种新型劳动力。在当代生产过程中,机械手被广泛地应用于自动生产线中,机器人的研发和生产已成为高技术领域内,迅速发展起来的一门新兴的技能,它更加促进了机械手的成长，而正常的机械手因为有局限性,所以无法满足现代工业的需要在某些指定的环境下,因此柔性传动的机械臂上得到了更多学者的青睐。而柔性传动介质可以用绳索这种常见普遍的来代替,有着柔性传动的特点，就是小振幅的,同时也能达到精度，亦是刚性传动的，得到了很多国内外学者的认可。近几年，机电设备发展迅速,这种远程传输的方法在许多领域被广泛接受。
1.2国内外绳驱动并联机械手的研究现状及发展趋势
1.2.1国外绳驱动并联机械手研究现状
最早提出了柔索驱动并联机器人的设计问题的是Landsberger ,他完成了该结构的位置分析与工作空间分析。六索驱动并联机器人Robocrane是美国国家标准与技术研究院(NIST)研发出来的。王文利属于西安电子科技大学，他着重从并联机构开始,结合了绳索还有并联机构,设计出一种绳索式的吊挂Stewart平台,分析了这个平台的运动学的性能,并把它应用到了射电望远镜支撑平台上。东北大学和沈阳自动化研究所以绳驱动并联技术为起点,研发出了绳索驱动的三自由度的球面并联结构,该机构驱动元件是用绳索替代了连杆,又通过绳索的柔性力换了硬性连杆的运动。华侨大学的教授郑亚青，完成了关于绳驱动并联结构的运动学求解过程和关于它的控制,并研发出样机进行了模拟实验。
1.2.2绳驱动并联机械手的发展趋势
目前，世界上许多研究机构都积极开展了对绳索驱动并联机器人的探讨。其中，意大利，匈牙利，日本，美国，中国和德国等国家的研究机构都分别自主设计和开发了绳索驱动平行系统及机器人原型。而且设计的机器人也渐渐变得和人一样了，具有一定的思考能力了。机器人研究的期望状况主要集中在以下几点:
1、机械手设计拟人化
因为智能机器人已经被赋予了“人”的特殊理由，当然，他们需要具有相对完善的语言功能，以便他们能够与人类进行一定的甚至完美的语言交流，因此完美的机器人语言功能非常完善重要。该语言的能力取决于存储在数据库中的语句的大小以及它存储的语言范围。机器人运动与模仿人体运动有关。我们知道人类可以做出极其多样的动作，招手，握手，行走，跑步，跳跃和其他手势都是人类的行为。然而，虽然现代智能机器人也可以模仿人类的一些动作，但它们是相对僵硬的感觉，或者动作相对较慢。未来，机器人将会使用更灵活的人形关节和模拟人造肌肉使它们更加人性化，模仿人类的所有动作，甚至使它们更易于形成。也可以做出一些普通人难以制造的动作，例如平翻，倒立等等。
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