三自由度3-RPS并联机器人刚柔耦合动力学研究

题名	三自由度3-RPS并联机器人刚柔耦合动力学研究
作者	吕耀平
导师	王林军
答辩日期	2017
学位名称	硕士
关键词	并联机器人 Kane方程刚柔耦合动力学运动学
摘要	三自由度并联机器人在并联机器人中十分常见,它属于少自由度并联机器人中的一种,并且具有并联机器人动力性能较好、结构刚度较大、运动惯性较小、运动精度较高以及承载能力较强等特点,同时具备少自由度机器人结构简单、经济实惠、容易控制等特点。因此,三自由度并联机器人被普遍应用在要求达到高速度、高精度、高刚度以及良好的动态特性等场合,在这些领域具有较高的研究价值和广阔的应用前景。三自由度并联机器人方面的研究,目前主要集中在控制学、动力学、运动学以及机构学等学科领域。大多对并联机器人动力学的研究只是对刚体构件进行了动力学分析,研究过程中是将所有构件都看作为刚体,构件在运动时不发生任何弹性变形。因此,这种只对并联机器人的刚体动力学作分析,不能真实地反映出构件中刚体与柔性体之间在运动过程中由于弹性变形发生的耦合关系,也就不能真实地反映出柔性体变形对并联机器人末端动平台运动精度的影响及构件力学性能。随着机器人在实际工作中对精度和效率等要求的越来越高,对具有柔性的并联机器人研究将成为人们对机器人研究的新领域。因此,进行该方面的研究是有非常重要的现实意义及理论价值。本文以含有柔性构件的三自由度3-RPS并联机器人为研究对象,比较全面的研究了该类型机器人在动力学建模、创建柔性体、刚柔耦合动力学仿真分析等方面的问题,具体研究内容如下:首先,对含有柔性杆件的三自由度3-RPS并联机器人进行刚柔耦合动力学建模。动力学建模主要有牛顿-欧拉法(Newton-Euler)、拉格朗日(Lagrange)方程法和凯恩(Kane)方程法等几种方法,凯恩方程法既适用于刚体建模也适用于柔性体建模,计算较为简单。故运用凯恩方程法推导出了三自由度并联机器人刚柔耦合动力学方程,对其创建了动力学模型。其次,对三自由度3-RPS并联机器人的三条支链的上、下连杆进行柔性体创建。将机器人所需柔性体转换的部件导入ANSYS有限元软件中,通过选择单元类型、定义单元实常数、选择材料属性、创建节点、进行网格划分、创建刚性区域和生成.mnf格式中性文件等步骤完成柔性连杆创建。再者,对三自由度3-RPS并联机器人运用ADAMS软件进行刚柔耦合动力学仿真分析。分别对刚柔耦合模型与刚体模型做了动力学仿真,得出了两种模型机器人末端动平台质心的位移、速度、加速度和关节的力、力矩等仿真结果。最后,对比了刚体模型和刚柔耦合模型两种情况的仿真结果,分析了它们的位移、速度和加速度的偏差以及力、力矩的偏差等的变化情况。研究结果表明:该机器人在运动过程中,存在的弹性变形等问题对末端动平台在纵向z轴的位移精度有一定的影响,对柔性杆在横向y轴的受力也有一定的影响。该机器人刚柔耦合动力学仿真能够正确、直观地反映出3-RPS并联机器人真实的工作情况,得出柔性杆变形对并联机器人末端动平台运动精度的影响是存在的,对进一步进行刚柔耦合动力学研究提供了可靠的理论依据。
页数	75
URL	查看原文
语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TP242
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/92410
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	吕耀平. 三自由度3-RPS并联机器人刚柔耦合动力学研究[D],2017.