3—RPS柔性并联定位机构运动学分析与仿真

对具有空间三自由度的3-RPS柔性并联定位机构进行了运动學分析及仿真。首先，以3-RPS并联机构为基础，将机构中的运动副用柔性铰链代替，研制了一台具有三自由度的精密定位机构；其次采用“伪刚体模型”方法将该精密定位工作台等效为伪刚体模型，利用齐次坐标变换方法和矢量闭环方法构建其逆运动学模型；最后，利用软件RecurDyn进行仿真分析，测量出其位移与速度随时间的变化曲线进行验证。结果表明所建立的机构理论模型合理，且机构具有良好的运动学性能。

标签：柔性并联机构；伪刚体模型；运动学

引言

随着纳米技术的兴起与迅猛发展，具有高分辨率和高精度的超精密定位机构在近代科学的研究领域以及尖端工业生产中都扮演着越来越重要的角色，它的各项技术指标已经成为各国高新技术发展水平的重要标志[1]。

运动学分析是机械系统分析中的首要问题。并联机构的运动学分析主要包括求解机构的输入与输出构件之间的位置、速度以及加速度的关系[2]。全柔性机构的首要目标就是精确实现所需的运动，因此对其运动学的研究在机构学领域占有重要的地位[3]。

1 机构描述

如图1所示为3-RPS空间三自由度柔性并联定位机构的仿真模型。该机构的定平台与动平台通过三条完全相同的RPS支链相连。压电陶瓷驱动器位于三个平行板式柔性铰链中，通过平行板式柔性铰链的变形来带动与之相连的杆件进行运动，从而达到驱动整个柔性并联机构实现空间运动的目的。

2 建立伪刚体模型及分析

普渡大学的Her I为了体系化的研究柔性机构问题，提出了“伪刚体模型”的概念，该方法是将柔性杆与柔性运动副等效简化为相应的刚性杆、刚性运动副所组成的纯刚性模型，再利用刚性体结构学及运动学对机构进行分析和综合[4]。

2.1 机构自由度计算

2.2 运动学逆解分析

用封闭向量表示，如图3所示

2.3 速度分析

3-UPU并联机构误差影响敏感度.

3-UPU并联机构误差影响敏感度少自由度并联机器人基于自身特点,有着广泛的用途。本文针对少自由度并联家族中特殊的3自由度和4自由度3-UPU少自由度并联机构,对各类误差源进行了种类综合,运用空间坐标转换法,对3-UPU少自由度并联机构进行误差分析,给出了具体的误差分析的模拟流程,对各类静态误差源引起的动平台位姿误差进行了分析。运用空间坐标转换法以及闭环矢量法建立了理想以及各类误差存在情况下的位姿转换矩阵。使用数值的方法对3-UPU并联机构位姿正解进行计算和分析。从两个方面对由于静态误差引起的机器人操作误差作了分析。第一,在误差不变的情况下,分析了随着时间的变化,机器人末端操作器的位姿误差;第二,运用概率分布相关理论,分析了各类误差源大小对机器人位姿误差大小的影响,得出了部分误差分布规律。由此,分析了各个位姿误差对误差源大小的敏感性。比较分析了各类误差源对机构本身操作位姿的影响大小,对比3自由度和4自由度进行全面比较,分析二者之间的过渡关系。结果表明:4自由度3-UPU 并联机构,在误差作用下,z轴方向即定平台法线方向的转动误差敏感度都极高, 极易约束掉绕着z轴方向的转动,蜕变为3自由度平动并联机构。而3自由度平动机构,在各种误差源作用下,z轴方向的转动误差很小且敏感度很低,也就是说 3自由度平动3-UPU并联机构对z轴方向的转动自由度的约束稳定,受误差影响不大。同主题文章 [1]. 阎华,刘桂雄,郑时雄. 机器人位姿误差建模方法综述' [J]. 机床与液压. 2000.(01) [2]. 周学才. 机器人位姿误差的显著性分析法' [J]. 广东工业大学学报. 1995.(01) [3]. 蒲毅彬，吴紫旺，常小晓，廖全荣. CT在岩土实验中的数值分析' [J]. CT理论与应用研究. 1994.(03) [4]. 周学才，张启先. 机器人位姿误差的显著性分析法' [J]. 机械工程学报. 1994.(S1) [5]. 熊西文. 评《数值分析与计算》一书' [J]. 大连大学学报. 1994.(01) [6]. 高剑峰. 生化数值分析系统' [J]. 石河子大学学报(自然科学版). 1992.(01) [7].

三自由度并联机械手的设计..

学号：密级：武汉东湖学院本科生毕业论文(设计) 三自由度并联机械手的设计院(系)名称：机电工程学院专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：指导教师: 二〇一六年五月六日

郑重声明我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风，所呈交的学术论文是本人在老师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表和撰写过得内容。论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。本人签名：日期：2016年5月7号

摘要随着机器人技术的快速发展，并联机械手的应用领域越来越广，已成为当今机器人领域新的研究热点。针对并联机械手机构比传统串联机械手更复杂的问题，本文以一种轻型高速的三自由度Delta 并联机械手为例，在完成其运动学的基础上，对并联机械手进行了建模以及装配。首先，本文介绍了三自由度并联机械手机构的工作原理，并对其进行了运动学分析。其中，对机构的自由度进行的计算，采用几何法求得了其运动学正解以及其运动学逆解。其次，对机构进行了速度模型及雅克比矩阵的分析。实现了solidworks对机构的零部件与装配图三维建模。最后，通过个零部件的配合，实现了三自由度并联机械手的装配。关键词：并联机械手；三自由度；3D建模

ABSTRACT With the rapid development of robot technology, parallel manipulator used more and more widely, has become the hot spot in the field of new robots today. In view of the parallel manipulator mechanism more complex than the traditional serial manipulator problem, based on a lightweight high-speed three degree of freedom parallel manipulator as an example, the Delta at the completion of its kinematics, on the basis of the parallel manipulator has carried on the modeling and assembly. First, this paper introduces the working principle of three degrees of freedom parallel manipulator mechanism, and carries on the kinematics analysis. Among them, the institution of degree of freedom for the calculation of geometric method is used to obtain the positive kinematics solution and its inverse kinematics solution. Second, the institutions for the velocity model and the Jacobi matrix analysis. Implements the solidworks for spare parts and assembly drawing 3 d modeling of the organization. Finally, by a spare parts, implements the three degree of freedom parallel manipulator assembly. Keywords: Parallel manipulator；Three degrees of freedom；3D modeling

工业机器人的基本参数和性能指标

工业机器人的基本参数和性能指标表示机器人特性的基本参数和性能指标主要有工作空间、自由度、有效负载、运动精度、运动特性、动态特性等。 (1)工作空间（Work space）工作空间是指机器人臂杆的特定部位在一定条件下所能到达空间的位置集合。工作空间的性状和大小反映了机器人工作能力的大小。理解机器人的工作空间时，要注意以下几点： 1)通常工业机器人说明书中表示的工作空间指的是手腕上机械接口坐标系的原点在空间能达到的范围，也即手腕端部法兰的中心点在空间所能到达的范围，而不是末端执行器端点所能达到的范围。因此，在设计和选用时，要注意安装末端执行器后，机器人实际所能达到的工作空间。 2)机器人说明书上提供的工作空间往往要小于运动学意义上的最大空间。这是因为在可达空间中，手臂位姿不同时有效负载、允许达到的最大速度和最大加速度都不一样，在臂杆最大位置允许的极限值通常要比其他位置的小些。此外，在机器人的最大可达空间边界上可能存在自由度退化的问题，此时的位姿称为奇异位形，而且在奇异位形周围相当大的范围内都会出现自由度进化现象，这部分工作空间在机器人工作时都不能被利用。 3)除了在工作守闻边缘，实际应用中的工业机器人还可能由于受到机械结构的限制，在工作空间的内部也存在着臂端不能达到的区域，这就是常说的空洞或空腔。空腔是指在工作空间内臂端不能达到的完全封闭空间。而空洞是指在沿转轴周围全长上臂端都不能达到的空间。 (2)运动自由度是指机器人操作机在空间运动所需的变量数，用以表示机器人动作灵活程度的参数，一般是以沿轴线移动和绕轴线转动的独立运动的数目来表示。自由物体在空间自六个自由度（三个转动自由度和三个移动自由度）。工业机器人往往是个开式连杆系，每个关节运动副只有一个自由度，因此通常机器人的自由度数目就等于其关节数。机器人的自由度数目越多，功能就越强。日前工业机器人通常具有4—6个自由度。当机器人的关节数（自由度）增加到对末端执行器的定向和定位不再起作用时，便出现了冗余自由度。冗余度的出现增加了机器人工作的灵活型，但也使控制变得更加复杂。工业机器人在运动方式上，总可以分为直线运动（简记为P）和旋转运动（简记为R）两种，应用简记符号P和R可以表示操作机运动自由度的特点，如RPRR表示机器人操作机具有四个自由度，从基座开始到臂端，关节运动的方式依次为旋转-直线-旋转-旋转。此外，工业机器人的运动自由度还有运动范围的限制。 (3)有效负载(Payload)有效负载是指机器人操作机在工作时臂端可能搬运的物体重量或所能承受的力或力矩，用以表示操作机的负荷能力。机器人在不同位姿时，允许的最大可搬运质量是不同的，因此机器人的额定可搬运质量是指其臂杆在工作空间中任意位姿时腕关节端部都能搬运的最大质量。

平面并联机器人的运动学和动力学研究

平面2自由度并联机器人的运动学和动力学研究林协源1刘冠峰1 （1.广东工业大学广州）摘要：本文面向高速高精LED电子封装设备设计了一种高速高精2自由度平面并联机构（2-PPa并联机器人）。该机构由一个动平台和两个对称分布的完全相同的支链组成，每个支链中都有一个移动副(驱动关节)和一个由平面平行四边形组成的特殊转动动副。首先推导出该机器人的运动学模型包括正反解；其次结合焊线机实际工艺要求提出多项机构性能指标对该机构的几何参数进行多目标优化；然后基于Euler-Lagrange 方程建立该机器人的动力学方程，最后通过算例分析两个移动副在动平台按照一定轨迹运动时其速度、加速度和驱动力的变化规律。这些为接下来研究该机器人的动态性能和系统解耦控制等都具有重要意义。关键词：2自由度平面并联机器人运动学动力学 Kinematic and Dynamic Analysis of a Planar Two-degree-freedom Parallel Manipulator LIN Xieyuan1LIU Guanfeng1 （1.Guangdong University of Technology Guangzhou ） Abstract：In this paper，a type of planar 2-DOF parallel manipulator is proposed for uses in design of high- speed and high-accuracy LED packaging machines. The manipulator consists of a moving platform and two identical subchains. Each subchain is made of a prismatic joint (actuator) and a parallelogram with four passive revolute joints. We first derive the kinematic model of the manipulator. Then, we determine the optimal geometric parameters of the manipulator by solving a multi-goal optimization problem based on performance indices. We compute the dynamic equation use Euler-Lagrange formulation and use it to analyze the relationship between velocity, acceleration and driving torque of joints. This analysis is important for further study of the dynamic performance and the decoupling control methods for the manipulator. Key words:2-DOF Planar parallel manipulator Kinematics Dynamics 0 前言在电子、包装和食品等轻工业场合中，机器人只需要3到4个自由度即可满足使用要求。串联机器人由于自身具有较大的质量和惯性，很难应用到需要高速高负载能力的场合。并联机器人很好的弥补了串联机器人这方面的不足。所以，近年来少自由度并联机器人的研究相当热门。其中3自由度并联机器人的研究已是相当深入[1-4]。在Z方向只需要较小的操作位移时，末端搭载一个1或2自由度的串联机构的2自由度并联机器人相对应3或4自由度的并联机器人会显得更加经济适用。清华大学曽提出过两种平面2-DOF并联机器人：一种是PRRRP（P表示移动副，R 表示转动副）并联机器人，其中两移动副运动方向平行，且机器人的末端姿态是可变的[5]；一种是2-PPa（Pa表示平行四边形机构）并联机器人，同样，该机器人的移动副运动方向也平行，不过其末端姿态不可变[6]。文章[6]中的并联机器人最后应用在了立式机床上。同样的2-PPa并联机器人，上海交通大学将其应用在高速高精度的场合

三自由度3-CS并联平台机构的运动学分析

三自由度3-CS并联平台机构的运动学分析于靖军;毕树生;宗光华;黄真【期刊名称】《航空学报》【年(卷),期】2001(022)003 【摘要】With the development of parallel mechanisms research, spatial imperfect-DOF parallel mechanisms especially some constrained 3-DOF parallel mechanisms have received more attention for the advantages of their simple structure, easy control and low cost. In this paper, a novel model of constrained 3-DOF parallel manipulator—3-CS in-parallel platform mechanism is introduced firstly. The instantaneous possible motion characteristics for this mechanism are analyzed in detail by applying the screw theory. In addition, the first order kinematic analysis of the 3-CS mechanism is discussed thoroughly, which involves deriving three motion constraint equations for the output motions of the manipulator and formulating the kinematic influence matrix (also called Jacobian of the mechanism) reflecting the velocity relationship between three independent input motions and three independent output motions in a closed form. At last, the closed-form solutions are developed for both the inverse and forward position kinematics.%首先介绍了一种新型的并联机构——三自由度3-CS并联平台机构的模型。应用螺旋理论分析了该机构的瞬时运动。同时对该机构进行了运动学分析：给出了操作平台的输出运动参数的3个运动约束方程和3个独立输出运动参数与3个独

对四自由度并联机构分析

对四自由度并联机构分析摘要：并联机构（Parallel Mechanism，简称PM），可以定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。机构有串联机构，并联机构，各有其优缺点. 关键词：并联机构；四自由度；分析 Analysis of a novel four -degree -of -freedom parallel mechanism Abstract：Parallel Mechanism is usually called for short PM, which can be defined as the mobile platform and the platform through at least two independent movements of the chain that can be connected. Agencies have series mechanisms, parallel mechanism, each have its advantages and disadvantages. Keywords：parallel manipulator; 4 –DOF;analysis 并联机构比起传统的串联机器人机构具有更高的刚度,更好的精度和承载能力,被广泛应用到航天器对接装置、雷达定向装置以及虚拟轴高速并联机床等领域,尤其是少自由度并联机器人机构还具有结构简单、控制方便等优点,被很多研究者关注,不断提出各种新型少自由度并联机器人机构并开展相应分析,在这些并联机构中,连接上下平台的支链主要为传统的串联支链, 由于杆长约束因素, 工作空间较小,无法满足一些特种机器人工作空间大、结构紧凑的要求. 由于平行四边形机构具有较好的缩放特性,有学者将其运用到并联机器人机构的结构综合中, Bruno和Jungw on等利用该机构设计了能够获得大工作空间的机器人操作平台, Nao -hi ro Hara将其应用在飞行机器人的机翼上改善了144%的升力, Grigore Gogu运用该机构设计出了一系列的各向同性的机器人机构, S bastien Briot设计了具有承载能力大、水平和垂直方向具有独立运动的机器人机构。本文作者利用平行四边形及其特殊形状—菱形,演绎出具有大缩放比的平行四边形机构支链和菱形机构支链, 通过用菱形机构虚拟轴代替传统串联支链实轴的方法, 提出一种具有结构紧凑、工作空间大的新型四自由度并联机器人机构, 利用螺旋理论对该机构进行了自由度分析。 1 菱形机构设计如图 1 所示,当菱形在运动变形过程中, 同一条虚直线上的各点只有沿直线方向上的相对运动. 取一个菱形, 如图 2 所示, 将其顶点用转动副连接, 则此菱

少自由度并联机器人机构的型综合原理

(E 辑) 第33卷第9期SCIENCE IN CHINA (Series E)2003年9月少自由度并联机器人机构的型综合原理* 黄真李秦川 (燕山大学机器人研究中心, 秦皇岛066004) 摘要通过分析少自由度并联机器人机构的结构约束螺旋特性和几何条件, 建立了少自由度并联机器人机构型综合理论, 并用此对少自由度并联机器人机构进行了综合, 得到多种有应用前景的机构. 关键词并联机器人型综合设计理论少自由度并联机器人是指自由度数为3,4和5的并联机器人, 可应用于许多适于并联机器人操作, 但不需要全部6个自由度的工作任务. 由于它们的自由度较少, 较六自由度并联机构结构简单, 经济便宜, 控制相对容易, 因此具有很好的应用前景, 是当前国际上的研究热点. 目前已有的少自由度并联机器人以三自由度并联机器人为主, 包括Delta[1]三自由度移动机构工作空间和结构优化设计, 并设计了灵巧眼. 另外, Tsai[8]提出了几种三维移动机构, Huang[9]讨论了多种三自由度立方角台机构. 并联机器人的研究历史已超过20年, 但目前国际上已综合出的较好的少自由度并联机器人机构只有上述的Delta和Tsai等五六种. 少自由度并联机器人机型匮乏, 与实际应用中的广泛要求相距甚远. 这是由于少自由度并联机器人总体上具有比六自由度并联机器人更复杂的运动特性, 特别是动平台的移动受到约束后会表现出很多特殊的性质[10, 11], 这些问题增加了少自由度并联机器人型综合的难度. 少自由度并联机器人机构型综合的目的在于综合出具有期望自由度数目和自由度性质(指移动自由度或是转动自由度, 以及移动的方向或转动轴线的方向)的机构, 并确保这些自由度的运动性质是连续的而不是瞬时的. 对型综合一直没有行之有效的理论指导, 处于一种试拼试凑的最初级的状态. 目前一些人采用的一种简单的方法是在六自由度Stewart并联机构中直接添加约束分支, 约束掉不需要的自由度. 这增加了机构的复杂程度, 特别是破坏了机构的对称性, 一般说不是一个理想的设计. 理想的少自由度并联机构的所有分支最好具有完全相同的结构, 保持结构的对称, 以满足各向同性的要求. 而综合这类具有对称结构的机构难度极大, 其主要原因包括: ( ) 判断自由度性质更加困难, 现在国际上还没有任何理论涉及这个问题.(

6_6_SPS型Stewart并联机构运动学正解的研究

试验研究现代制造工程2008年第3期 6/6 S PS型Ste wart并联机构运动学正解的研究* 周辉,曹毅 (江南大学机械工程学院,无锡214122) 摘要:对具有半对称结构的6/6 SPS型S te w art并联机构的运动学正解进行了研究。建立了一类具有半对称结构的6/6 SPS型S te w art并联机构运动学正解的数学模型,构造了一个关于该并联机构动平台位置参数及姿态参数的多元多项式方程组。基于该方程组并采用M athe m atica符号计算软件,编制了基于M athe m atica语言的6/6 SPS型Stewa rt并联机构运动学正解的求解程序,计算结果表明,对于任意给定的该并联机构的结构参数以及六个驱动杆杆长,该类6/6 SPS型Stew art并联机构的运动学正解在复数域内最多有28组解析解。并联机构运动学正解的研究为该类并联机构的工作空间分析、轨迹规划及控制奠定了重要的理论基础。关键词:Ste w art机构;运动学正解;符号计算;M a t he m atica软件中图分类号:TP242.2 文献标识码:A 文章编号:1671 3133(2008)03 0001 05 D irect kinem atics anal ysis of a speci a l class of the6/6 SPS Ste w artm ani pul ators Zhou H u,i Cao Y i (School ofM echan ica lEng i n eeri n g,Jiangnan Un i v ersity,W ux i214122,Jiangsu,CHN) Abstrac t:A ddresses t he direct kinem ati cs of a spec i a l c l ass of the6/6 SPS Ste w art m ani pulators i n wh i ch the mov i ng and base p l a tfor m s are t w o si m ilar sem isymm etr i ca l hex agons.A fte r proposi ng a m athe m atica lm ode l o f the d irect k i ne m atics of t h i s special class o f t he Ste w art m an i pu lators,a m ulti v ariate po lyno m ial equati ons se t i n the m oving p l atfor m pos iti on para m eters and or i enta ti on para m eters is constructed i n wh ich i npu t para m ete rs are geo m etric para m eters and the li nk length o f each li m b of t h is special class o f the6/6 SPS S te w art m an i pu lators.Based on t h ism ultivar i ate polynom ia l equa tions se t,an a l go rith m has been deve l oped inM a t he m a tica l anguag e for so lv i ng the d i rect k i ne m atics of t h is specia l c lass o f the6/6 SP S Stew artm anipulators by utilizi ng a sy m bo li c computati on so ft w are M athem ati ca,co m puta tion results first sho w tha t t he m ax i m u m number of the co m plete analytical so l uti on to t he direct k i ne m atic prob l em of t h is spec i a l class of t he6/6 SPS Stewart m an i pulators is up t o28i n the co m plex do m ain for any g i ven set of geo m etric para m eters and si x g iven li nk leng t hs o f the man i pu l a t o r cons i dered.D irec t k i ne m atic analysis o f th i s special c lass o f t he6/6 SPS Stewart m an i pu l a tors paves under l y i ng theoretical g rounds for the wo rkspace ana l y si s,pa t h p l ann i ng and contro l o f th i s specia l c lass o f the6/6 SPS S te w art m an i pu l a tors. K ey word s:Stewart m ani pulator;D irect kinem ati cs;Symbo lic co m putation;M athem ati ca so ft w are 0 引言 S te w art平台具有承载能力强、刚度好、无积累误差、精度高、系统动态响应快等特点[1],在飞行模拟器、机器人、新型机床等领域得到广泛应用。机器人运动学正解的研究在机器人机构学的研究中具有重要的地位,特别是对并联机器人机构,运动学正解问题一直是研究的难点和热点之一。国内外诸多学者分别采用数值法、解析法等对并联机构的运动学正解问题进行深入细致的研究[2 19]。但是,不难发现这些研究均是针对具有特殊结构形式的并联机器人机构,而对具有一般结构形式的6/6 SPS型S te w art并联机构的运动学正解,仅有少数学者进行了研究。本文对具有半对称结构的6/6 SPS型S te w art并联机构的运动学正解进行了研究。建立了一类具有半对称结构的6/6 SPS型Ste w art并联机构运动学正 1 *国家自然科学基金资助项目(50275129);江南大学博士基金资助项目(207000-21050616)

4-RCRP并联机器人运动学分析与仿真

电气与自动化孙德智?等４－ＲＣＲＰ并联机器人运动学分析与仿真ＭａｃｈｉｎｅＢｕｉｌｄｉｎｇＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ?Ｊｕｎ２０１４?４３(３):１６５~１６７作者简介:孙德智(１９８９－)?男?江苏盐城市人?硕士研究生?研究方向:并联机器人全域性能分析及优化?４－ＲＣＲＰ并联机器人运动学分析与仿真孙德智?郭钢?余伟 (南京理工大学机械工程学院?江苏南京２１００９４) 摘一要:以４－ＲＣＲＰ并联机器人为研究对象?介绍４－ＲＣＲＰ机器人的结构特点?分析了该机器人的运动学特征?求出了该位置的正反解?然后运用ＵＧ软件对该机器人进行建模?最后运用ＡＤＡＭＳ软件进行了运动学仿真验证? 关键词:并联机器人?运动学分析?运动学仿真中图分类号:ＴＰ２４２一一文献标志码:Ａ一一文章编号:１６７１￣５２７６(２０１４)０３￣０１６５￣０３ＫｉｎｅｍａｔｉｃＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆ４￣ＲＣＲＰＰａｒａｌｌｅｌＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒＳＵＮＤｅ￣ｚｈｉ?ＧＵＯＧａｎｇ?ＹＵＷｅｉ (ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ?Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９４?Ｃｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｔａｋｅｓｔｈｅ４￣ＲＣＲＰｐａｒａｌｌｅｌｍａｎｉｐｕｌａｔｉｏｎａｓｏｂｊｅｃｔｏｆｓｔｕｄｙ?ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ?ａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄｏｂｔａｉｎｓｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｂｏｔｈｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅａｎｄｄｉｒｅｃｔｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ.Ｔｈｅｎｉｔｂｕｉｌｄｓｉｔｓ３ＤｍｏｄｅｌｗｉｔｈＵＧｓｏｆｔｗａｒｅ?ｆｉｎａｌｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｓａｎｄｖｅｒｉｆｉｅｓｔｈｅｋｉｎｅｍａｔｉｃｆｕｎｃｔｉｏｎｓｗｉｔｈＡＤＡＭＳｓｏｆｔｗａｒｅ. Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｐａｒａｌｌｅｌｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ?ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓａｎａｌｙｓｉｓ?ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０一引言并联机构具有高刚度二高精度和高承载能力等优点而成为人们研究的热点[１]?４￣ＲＣＲＰ并联机器人与广泛应用的ＳＣＡＲＡ串联机器人一样?可以实现空间的三维移动与绕ｚ轴的转动?以该机器人为基础可以设计出多种用途的空间并联机器人二并联虚拟轴机床二微动机器人等? 利用虚拟样机可以代替物理样机对产品进行创新设计二测试和评估?从而缩短开发周期?降低成本?改进产品设计品质[２]?为了有效地求解４￣ＲＣＲＰ并联机器人运动学问题?利用虚拟样机技术对其进行运动学建模?并加以仿真?以验证其运动学求解的正确性? １一４￣ＲＣＲＰ并联机器人机构简介４￣ＲＣＲＰ并联机器人由４条对称的Ｒ￣Ｃ￣Ｒ￣Ｐ链二一个定平台以及一个动平台组成?图１所示? ２一４－ＲＣＲＰ并联机器人的位置分析机器人的位置分析是求解机构的输入与输出构件之间的位置关系?可由几何关系求解其位置正逆解?如图２?定平台特征尺寸ＯＡｉ＝Ｒ(ｉ＝１?２?３?４)?动平台特征尺寸ＯＢｉ＝ｒ?点Ｏ在Ｏ－ｘｙｚ坐标系的坐标(ｘ?ｙ?ｚ)就是动平台的三个移动自由度?动坐标系Ｏ－ｘｙｚ相对于定平台坐标系Ｏ－ｘｙｚ的姿态就反映了动平台的姿态?Ｆ是动平台的转动自由度?可以用矩阵[Ｔ]表示? 各支链坐标系图１一４－ＲＣＲＰ并联机器人模型 A 2′ 图２一在ｏ－ｘｙｚ坐标系的投影５６１

并联机器人发展现状与展望

并联机器人发展现状与展望引言并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,在21世纪将有广阔的发展前景。本文根据掌握的大量并联机器人文献,对其分类和应用做了简要分析和概括，并对其在运动学、动力学、机构性能分析等方面的主要研究成果、进展以及尚未解决的问题进行了阐述。 1并联机构的发展概况（一）并联机构的特点并联机构是一种闭环机构,其动平台或称末端执行器通过至少2个独立的运动链与机架相联接,必备的要素如下:①末端执行器必须具有运动自由度;②这种末端执行器通过几个相互关联的运动链或分支与机架相联接;③每个分支或运动链由惟一的移动副或转动副驱动。与传统的串联机构相比，并联机构的零部件数目较串联构造平台大幅减少，主要由滚珠丝杠、伸缩杆件、滑块构件、虎克铰、球铰、伺服电机等通用组件组成。这些通用组件可由专门厂家生产，因而其制造和库存备件成本比相同功能的传统机构低得多，容易组装和模块化。除了在结构上的优点，并联机构在实际应用中更是有串联机构不可比拟的优势。其主要优点如下：（1）刚度质量比大。因采用并联闭环杆系,杆系理论上只承受拉、压载荷,是典型的二力杆,并且多杆受力，使得传动机构具有很高的承载强度。（2）动态性能优越。运动部件质量轻，惯性低,可有效改善伺服控制器的动态性能,使动平台获得很高的进给速度与加速度,适于高速数控作业。（3）运动精度高。这是与传统串联机构相比而言的,传统串联机构的加工误差是各个关节的误差积累,而并联机构各个关节的误差可以相互抵消、相互弥补，因此，并联机构是未来机床的发展方向。（4）多功能灵活性强。可构成形式多样的布局和自由度组合,在动平台上安装刀具进行多坐标铣、磨、钻、特种曲面加工等，也可安装夹具进行复杂的空间装配，适应性强，是柔性化的理想机构。（5）使用寿命长。由于受力结构合理，运动部件磨损小，且没有导轨，不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象。并联机构作为一种新型机构，也有其自身的不足，由于结构的原因，它的运动空间较小，而串并联机构则弥补了并联机构的不足，它既有质量轻，刚度大，精度高的特点，又增大了机构的工作空间，因此具有很好的应用前景，尤其是少自由度串并联机构，适应能力强，且易于控制，是当前应用研究中的一个新热点。（二）并联机构的分类从运动形式来看，并联机构可分为平面机构和空间机构；细分可分为平面移动机构、平面移动转动机构、空间纯移动机构、空间纯转动机构和空间混合运动机构, 另可按并联机构的自由度数分类：

基于MATLAB的六自由度工业机器人运动分析和仿真

基于MATLAB 的六自由度工业机器人运动分析及仿真摘要：以FANUC ARC mate100工业机器人为研究对象，对其机构和连杆参数进行分析，采用D-H 法对机器人进行正运动学和逆运动学分析，建立运动学方程。在MATLAB 环境下，运用机器人工具箱进行建模仿真，仿真结果证明了所建立的运动学正、逆解模型的合理性和正确性。关键词:FANUC ARC mate100工业机器人; 运动学; MATLAB 建模仿真 1引言工业机器人技术是在控制工程、人工智能、计算机科学和机构学等多种学科的基础上发展起来的一种综合性技术。经过多年的发展，该项技术已经取得了实质性的进步[1]。工业机器人的发展水平随着科技的进步和工业自动化的需求有了很大的提高，同时工业机器人技术也得到了进一步的完善。工业机器人的运动学分析主要是通过工业机器人各个连杆和机构参数，以确定末端执行器的位姿。工业机器人的运动学分析包括正运动学分析和逆运动学分析。随着对焊接件要求的提高，弧焊等机器人的需求越来越多。本文就以FANUC ARC mate100机器人为研究对象，通过分析机构和连杆参数，运用D-H 参数法建立坐标系，求出连杆之间的位姿矩阵，建立工业机器人运动学方程。并在MATLAB 环境下，利用RoboticsToolbox 进行建模仿真。 2 FANUC ARC mate100 D-H 坐标系的建立mate100是FANUC 公司生产的6自由度工业机器人，包括底座、机身、臂、手腕和末端执行器，每个自由度对应一个旋转关节，如图1所示。图1FANUC ARC mate 100机器人三维模型 DENAVIT 和HARTENBERG 于1955年提出了一种为关节链中的每一个杆件建立坐标系的矩阵方法，即D-H 参数法，在机器人运动学分析得到了广泛运用。采用这种方法建立坐标系: (1) Z i 轴沿关节i +1的轴线方向。 (2) X i 轴沿Z i-1和Z i 轴的公法线方向，且指向背离Z i-1轴的方向。 (3) Y i 轴的方向必须满足Y i = Z i *X i ，使坐标系为右手坐标系。按照上述方法，建立坐标系如图 2 所示。 J 4 J 3 J 5 J 2 J 1 J 6