三自由度delta机器人机构设计(附件)【字数：10358】
摘 要随着并联机器人技术不断更新发展，人们开始越来越重视这一项技术。目前在国内市场比较空缺，有着非常不错的发展愿景。本文主要研究设计三自由度Delta并联机器人，首先是对并联机器人进行深入了解研究，了解国内外发展研究成果，对并联机器人做了运动学的分析计算，建立速度模型与雅克比矩阵，对样机进行结构参数的确定以及有限元分析，并对并联机器人的工作空间进行分析，最终设计出符合要求的三自由度Delta并联机器人，并对设计的零件进行三维装配，绘制二维装配图以及零件图。
目 录
第一章 引 言 1
1.1 课题的研究背景和意义 1
1.1.1 机器人按结构划分可分为串联机器人与并联机器人 1
1.1.2 并联机器人的历史发展 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 并联机器人研究现状 2
1.3本文的主要研究内容 3
第二章 运动学的分析 4
2.1 引言 4
2.2三自由度DELTA并联机器人机构描述 4
2.3三自由度DELTA并联机器人机构自由度 4
2.3.1自由度计算 4
2.3.2运动学分析 5
2.3.3运动学逆解 5
2.3.4 正向运动学分析 8
2. 4速度模型跟雅克比矩阵 10
2. 5本章小结 11
第三章 样机设计 12
3.1 引言 12
3.2 确定样机结构参数 12
3.3 样机的建模与装配 12
3.4 各部件的组成及其所实现的功能 13
3.4.1静平台 13
3.4.2伺服电机 13
3.4.3 主动臂长杆 14
3.4.4从动臂杆件 16
3.4.5动平台 18
3.4.6 轴承 18
3.5 小结 19
第四章 工作空间分析 21
4.1引言 21
4.2工作空间分析 21
4.3小结 23
第五章 总结与展望 24
5.1总结 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
24
5.2展望 24
致谢 25
参考文献 26
第一章 引 言
1.1 课题的研究背景和意义
1.1.1 机器人按结构划分可分为串联机器人与并联机器人
串联机器人在工业机械加工使用中占很高的比例，正像图11所展示的开环机构是串联机器人的主要机构，其通常运用一条轴来链接最终执行器与运动的链基座。
正像图12所展示的那样，并联机器人是属于多路闭环机构类型的。它们运动最特别的方式是全部分支都可以被驱动器同时输入，然后能够同时给出输出。
/ /
图11 串联机器人 图12 并联机器人
正如上面所说，在工业范围内经常被使用的依旧是串联机器人，一般它们由底座、转台、大臂、箱体、小臂和腕体等构件组合而成。当然串联机器人有着不可避免的缺点，首先由于是运用串联的方式将所有的关节部件连接起来，因此一般会有三个以上的自由度，并且通常自由度越多，积累误差就越大，整体结构刚性也会越差，那么就会导致最终的加工精度下降。但是串联机器人被如此广泛的使用，也因为它有很多优点，能够进行快速简洁的运动，整体结构设计比较轻松等等。
并联机器人有着无可比拟的优势，积累误差很小，整体操作精度高，操作十分灵活，空间需求小，刚度较高等等优势，这也是串联机器人所没有的。并联机器人优势众多但是并没有使串连机器人被市场淘汰，反而依旧有大量的工厂在使用串联机器人，当然这也是因为并联机器人无法适应一些特殊的加工场合，那串联机器人就可以，好比能够进行大型的加工生产，能够适应需要多维度空间要求的工作场合等等。所以现在谈论串联机器人被淘汰还为时尚早。
1.1.2 并联机器人的历史发展
如图13所示Gough在20世纪40年代就提出一种平台式并联机构，那最早的并联机构便是诞生于此。又在20世纪60年代的时候，Gough与Whitehall联手研发一种测试机构，是专门针对新型轮胎测试的。当代众多并联机器人的设计，便是以该机构的动平台与静平台作为原型。到后来的1965年，Stewart发现之前Gough做的机构有很多问题，并对此作出很多相应的改进，并且在后来受到人们的认可；Hunt是澳洲的一位非常有名的机构学教授，在1978年的时候又对Stewart优化后的机构再次作出了优化。并且将其运用在机器人操作机械上。之后并联机器人技术开始被人们逐渐重视以及推广，在20世纪90年代并联机构发展异常迅速，带动了大量的研究机构针对并联机器人进行研究。
三自由度Delta并联机器人在1988年被Clavel教授公开发表研究成果，这也是世界上首台提出并研制的三自由度delta机器人。为后世提供了极其重要的借鉴意义。提出三自由度delta机器人的原因是由于，人们在不断使用并联机器人的过程中发现，需要使用六自由度并联机器人的场合比较少，更多的是类似于如图14这样的并联机器人，并且自由度越来越少的话，在不同方面上的优点会愈加明显，好比：减少驱动机器的数量；精简控制结构；简化制造流程；极大的降低制造成本等等。这也是并联机器人发展的必然趋势。
/ /
图13 Gough 并联机构 图14 三自由度Delta并联机器人
1.2 国内外研究现状
1.2.1 并联机器人研究现状
并联机构，又称并联机器人，英文名为Parallel Mechanism(PM)。我们一般可以这样定义：末端执行器和基座由大于两个独立的运动链相连接，并且含有大于或等于两个自由度，而且此机构是通过并联方式驱动的一种闭环机构。[30]目前绝大多数并联机构都是基于Stewart平台进行设计或研究的如图15所示。尤其是在机床方面的应用得到了世界前所未有的重视，比较于一般的串联机构机床，并联机床关节少，自由度多，刚性，动态性，速度性能，加工精度都大幅提高，而且相关的技术不断的在更新，发展迅速。
目 录
第一章 引 言 1
1.1 课题的研究背景和意义 1
1.1.1 机器人按结构划分可分为串联机器人与并联机器人 1
1.1.2 并联机器人的历史发展 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 并联机器人研究现状 2
1.3本文的主要研究内容 3
第二章 运动学的分析 4
2.1 引言 4
2.2三自由度DELTA并联机器人机构描述 4
2.3三自由度DELTA并联机器人机构自由度 4
2.3.1自由度计算 4
2.3.2运动学分析 5
2.3.3运动学逆解 5
2.3.4 正向运动学分析 8
2. 4速度模型跟雅克比矩阵 10
2. 5本章小结 11
第三章 样机设计 12
3.1 引言 12
3.2 确定样机结构参数 12
3.3 样机的建模与装配 12
3.4 各部件的组成及其所实现的功能 13
3.4.1静平台 13
3.4.2伺服电机 13
3.4.3 主动臂长杆 14
3.4.4从动臂杆件 16
3.4.5动平台 18
3.4.6 轴承 18
3.5 小结 19
第四章 工作空间分析 21
4.1引言 21
4.2工作空间分析 21
4.3小结 23
第五章 总结与展望 24
5.1总结 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
24
5.2展望 24
致谢 25
参考文献 26
第一章 引 言
1.1 课题的研究背景和意义
1.1.1 机器人按结构划分可分为串联机器人与并联机器人
串联机器人在工业机械加工使用中占很高的比例，正像图11所展示的开环机构是串联机器人的主要机构，其通常运用一条轴来链接最终执行器与运动的链基座。
正像图12所展示的那样，并联机器人是属于多路闭环机构类型的。它们运动最特别的方式是全部分支都可以被驱动器同时输入，然后能够同时给出输出。
/ /
图11 串联机器人 图12 并联机器人
正如上面所说，在工业范围内经常被使用的依旧是串联机器人，一般它们由底座、转台、大臂、箱体、小臂和腕体等构件组合而成。当然串联机器人有着不可避免的缺点，首先由于是运用串联的方式将所有的关节部件连接起来，因此一般会有三个以上的自由度，并且通常自由度越多，积累误差就越大，整体结构刚性也会越差，那么就会导致最终的加工精度下降。但是串联机器人被如此广泛的使用，也因为它有很多优点，能够进行快速简洁的运动，整体结构设计比较轻松等等。
并联机器人有着无可比拟的优势，积累误差很小，整体操作精度高，操作十分灵活，空间需求小，刚度较高等等优势，这也是串联机器人所没有的。并联机器人优势众多但是并没有使串连机器人被市场淘汰，反而依旧有大量的工厂在使用串联机器人，当然这也是因为并联机器人无法适应一些特殊的加工场合，那串联机器人就可以，好比能够进行大型的加工生产，能够适应需要多维度空间要求的工作场合等等。所以现在谈论串联机器人被淘汰还为时尚早。
1.1.2 并联机器人的历史发展
如图13所示Gough在20世纪40年代就提出一种平台式并联机构，那最早的并联机构便是诞生于此。又在20世纪60年代的时候，Gough与Whitehall联手研发一种测试机构，是专门针对新型轮胎测试的。当代众多并联机器人的设计，便是以该机构的动平台与静平台作为原型。到后来的1965年，Stewart发现之前Gough做的机构有很多问题，并对此作出很多相应的改进，并且在后来受到人们的认可；Hunt是澳洲的一位非常有名的机构学教授，在1978年的时候又对Stewart优化后的机构再次作出了优化。并且将其运用在机器人操作机械上。之后并联机器人技术开始被人们逐渐重视以及推广，在20世纪90年代并联机构发展异常迅速，带动了大量的研究机构针对并联机器人进行研究。
三自由度Delta并联机器人在1988年被Clavel教授公开发表研究成果，这也是世界上首台提出并研制的三自由度delta机器人。为后世提供了极其重要的借鉴意义。提出三自由度delta机器人的原因是由于，人们在不断使用并联机器人的过程中发现，需要使用六自由度并联机器人的场合比较少，更多的是类似于如图14这样的并联机器人，并且自由度越来越少的话，在不同方面上的优点会愈加明显，好比：减少驱动机器的数量；精简控制结构；简化制造流程；极大的降低制造成本等等。这也是并联机器人发展的必然趋势。
/ /
图13 Gough 并联机构 图14 三自由度Delta并联机器人
1.2 国内外研究现状
1.2.1 并联机器人研究现状
并联机构，又称并联机器人，英文名为Parallel Mechanism(PM)。我们一般可以这样定义：末端执行器和基座由大于两个独立的运动链相连接，并且含有大于或等于两个自由度，而且此机构是通过并联方式驱动的一种闭环机构。[30]目前绝大多数并联机构都是基于Stewart平台进行设计或研究的如图15所示。尤其是在机床方面的应用得到了世界前所未有的重视，比较于一般的串联机构机床，并联机床关节少，自由度多，刚性，动态性，速度性能，加工精度都大幅提高，而且相关的技术不断的在更新，发展迅速。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/627.html
