一种球面2-dof冗余驱动并联机器人的优化设计-optimal design of a spherical 2 - dof redundant drive parallel robot.docxVIP

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2018-06-03 发布于上海
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一种球面2-dof冗余驱动并联机器人的优化设计-optimal design of a spherical 2 - dof redundant drive parallel robot.docx

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一种球面2-dof冗余驱动并联机器人的优化设计-optimal design of a spherical 2 - dof redundant drive parallel robot

摘要球面 5R 并联机器人机构作为球面上点的定位设备有着重要的实际应用以及开发价值，而本文研究的球面 2-DOF 冗余驱动并联机器人机构是在球面 5R 并联机器人机构的基础上增加一个分支实现冗余驱动，从而减少了机构的奇异点、并提高了机构的承载能力和刚度，能够更好地完成球面 5R 并联机器人机构的工作任务。本文以球面 2-DOF 冗余驱动并联机器人机构为研究对象，通过计算机软件编程的方法实现机构在不同应用场合下的优化设计，同时从可操作度的角度分析了机构的奇异位形。本文首先在球面 2-DOF 冗余驱动并联机器人机构运动学分析的基础上，详细归纳了机构各项全域性能指标和局域性能指标在尺寸设计空间内的分布规律，并计算了相应的性能指标值。从可操作度的角度出发研究了球面 2-DOF 冗余驱动并联机器人机构的奇异位形，给出了奇异位形存在的条件，并通过实例给出了统一的判别奇异位形的方法。基于兼顾全域性能指标和局域性能指标相对综合最优的机器人机构尺寸优化设计原则，编写优化程序，实现了球面 2-DOF 冗余驱动并联机器人机构在不同应用场合下兼顾不同性能指标的优化设计。通过 VB、 Matlab、 Pro/E 混合编程的方法，使得在优化设计过程中能够快速的分析和计算该机构的局域指标和全域指标，绘制机构的运动学性能图谱，实现了机构参数化实体建模。最后通过两个优化设计实例说明了机构的优化设计过程。关键词冗余驱动；2-DOF；球面并联机器人；奇异位形；优化设计ⅠAbstractAs the localization equipment of a spot in the spherical surface, spherical 5R parallel manipulator will be developed and used in many fields in future. The spherical 2-DOF parallel manipulator with actuation redundancy could reduct the singularity and improve the stiffness and accuracy of manipulator. So, this manipulator with actuation redundancy will work better than which without actuation redundancy. The subject of this thesis is the spherical 2-DOF parallel manipulator with actuation redundancy, the optimum design in different application is realized through programming, and the singularity configuration is analyzed from the angle of the feasibility.On the basis of the kinematic analysis of the spherical 2-DOF parallel manipulator with actuation redundancy, the relationship between theoretical workspace shape and dimension of this manipulator is also summarized, then calculating the corresponding data.Singularity of the spherical 2-DOF parallel manipulator with actuation redundancy is investigated by analyzing the feasibility, mathematic conditions and geometrical characters of singular configurations are analyzed.According to the principle which proper attention to both the global and local performance indices, program is written to realize the optimum design indifferent application. Through programming with the software