一种新型（P-2P-S）并联机器人的运动学分析【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 一种新型 浙江工业大学毕业设计（论文） 6-(联机器人 的设计 学生姓名： 指导老师： 摘 要 本文对一种新型的 6-(联机器人进行了分析，这种机器人是 由 台经过变异得到的。 介绍了该并联机器人的特点，利用空间机构学理论分析了机构的位置 正反解，并分析了该机构在正交位姿的运动解耦性能。 基于该并联机器人的结构约束，研究了该机构的工作空间，并定量分 析了该机构参数对工作空间体积大小的影响。 以该并联机构的合理结构数据为依据 对该机构进行了参数设计。 关键词： 并联机器人 正交结构 位置正反解 工作空间 I 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） A -( he on on a -(is on is to by is by at on on -( is on I 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 目录 摘要 目 录 - 第 1 章 绪论 1 联机器 人的背景及 意义 3 1 . 2 并 联 机 器 人 国 内 外 发 展 状 况 3 论文的 选题意义及 主要研究 内容 5 第 2 章 新型 6- ( 并联机器人的位置分析 6 述 6 -( ) 并联机器人的机构描述 6 构布局 6 构特点 7 - ( P - 2P - S ) 并联机器人的位置分析 9 平台姿态描述 9 2. 置分析 11 2. 交位姿解耦 分析 1 5 章小结 17 第 3 章 新型 6-( S) 并联机器人工作空间分析 18 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 述 18 作空间定义 18 作空间分析 20 约束分析 20 工作空间的搜索方法 21 本章小结 28 第 4 章 6- ( ) 并联机器人的结构参数设计 29 述 29 联机器人的结构参数设计 29 构参数对工作空间大小的影响 30 章小结 34 结论 35 参考文献 37 致谢 39 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 第 1 章 绪 论 联机器人背景及意义 并联构型装备已成为制造业目前的研究热点之一。与 串联构型相比 , 并联构型具 有刚度好、精度高、高速和高加速度等特点 , 众多研究机构和制造企业都看好其在制 造领域的应用前景。目前多种并联构型装备已经被设计和开发出来 , 应用的领域涉及 机床、机器人、定位装置、娱乐、医疗卫生等。研究人员正试图开发出在速度、刚度、 精度和费用等方面更优的并联构型装备 , 以便在与传统制造装备的竞争中占据更有利 的地位 。 早期的并联构型装备及特点：结构中包含一个或多个并联机构的机器称为并联构 型装备。只要是多自由度 , 驱动器分配在不同环路上的闭式多环机 构均可称为并联机 构。 20 世纪中叶 , 罗马尼亚人 用并联机构设计了一种六自由度的轮胎测试 机，这种结构被称为六足结构 (。 1965 年 , 一种并联机构用于飞行 模拟器 , 它包含三个支链 , 每个支链上分别通过一个固定平台上的旋转关节和一个可 伸缩连杆来控制。这种机构具有六自由度 , 被称为 台。 1978 年 , 澳大利亚 机构学家 出并联机构可以应用于机器人操作 。此后若干年 , 并联构型装备的 研究进展缓慢 , 主要是受到计算机和伺服控 制技术的限制 , 计算 6 个支链运动的时间 和物质花费太大。但一些经济实力雄厚的部门已开始使用并联机构 , 主要应用于航空、 航天等领域。随着计算机技术的发展 , 尤其是计算快速、功能强大的工业 出现之 后 , 促进了并联机构的应用和发展。 80 年代后期 , 几种基于并联结构的机器人相继出 现 , 它们普遍具有较高的速度和加速度 , 动态特性好 , 在装配行业得到很好的应用。但 1 1买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 真正引起轰动是在 1994 浙江工业大学毕业设计（论文） 年的芝加哥机床展览会上 , 别推出了基于并联机构的六足机床 , 被媒体誉为 “机床结构的重大革命 ”、 “二十一世纪 的数控加工装备 ”。从此并联构型装备一直是制造业的研究热点之一。这种结构的主要 特点是 : 1) 杆件只受拉压 , 不受弯曲应力 ; 2) 刚度高 , 承载能力与整机质量比大 ; 3) 移动部件质量小 , 可获得很高的动态特性 ; 4) 零件标准化程度高 ,易于实现模块化设计 ; 5) 作业空间与机器尺寸比小 ; 6) 灵活性较差 , 运动平台倾斜角度较小 ; 7) 作业空间 存在杆件干涉和奇异位变形危险。 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： （ 1 ） 2 自由度并联机构。 2 自由度并联机构，如 53R 表示转动副， P 表示移动副）平面 5 杆 机构是最典型的 2 自由度并联机构，这类机构一般具有 2 个移动运动。 （ 2 ） 3 自由度并联机构 4 3 自由度并联机构各类较多，形式较复杂，一般有以下形式：平面 3 自由度并联 机构，如 3 构、 3构，它们具有 2 个移动和一个转动；球面 3 自由度 并联机构，如 3面机构、 3面机构， 3球面机构所有运动副 的轴线汇交空间一点，这点称为机构的中心，而 3面机构则以 S 的中心点 为机构的中心，机构上的所有点的运动都是绕该点的转动运动； 3 维纯移动机构，如 联机构、 联机构和 构，该类机构的运动学正反解都很简 单，是一种应用很广泛的 3 维移动空间机构；空间 3 自由度并联机构， 如典型的 3构，这类机构属于欠秩机构，在工作空间内不同的点其运动形式不同是其最显著的 特点，由于这种特殊的运动特性，阻碍了该类机构在实际中的广泛应用；还有一类是 2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 增 加辅助 杆件和 运动副 的空间 机构，如 德国汉 诺威大 学研制 的并联 机床采 用的 3坐标式 3 自由度并联机构，由于辅助杆件和运动副的制约，使得该机 构的运动平台具有 1 个移动和 2 个转动的运动（也可以说是 3 个移动运动）。 （ 3 ） 4 自由度并联机构。 4 自由度并联机构大多不是完全并联机构，如 2构，运动平台通 过 3 个支链与定平台相连，有 2 个运动链是相同的，各具有 1 个虎克铰 U ， 1 个移 动副 P ，其中 P 和 1 个 R 是驱动副，因此这种机构不是完全并联机构。 （ 4 ） 5 自由度并联机构。 现有的 5 自由度并联机构结构复杂，如韩国 5 自由度并联机构具有双层结 构（ 2 个并联机构的结合）。 （ 5 ） 6 自由度并联机构 。 6 自由度并联机构是并联机器人机构中的一大类，是国内外学者研究得最多的 并 联机构，广泛应用在飞行模拟器、 6 维力与力矩传感器和并联机床等领域。但这类机 构有很多关键性技术没有或没有完全得到解决，比如其运动学正解、动力学模型的建 立以及并联机床的精度标定等。从完全并联的角度出发，这类机构必须具有 6 个运动 链。但现有的并联机构中，也有拥有 3 个运动链的 6 自由度并联机构，如 3 3等机构，还有在 3 个分支的每个分支上附加 1 个 5 杆机构作这驱动机构的 6 自由度并联机构等。 联机器人国内外发展状况 国内外学术界和工程 界对研究和开发并联机床都非常重视。 1994 年在芝加哥国 际机床博览会 (4)上首次展出了称为 “六足虫 ”( “变异型 ”( 数控机床与加工中心并引起了轰动。此后，各主要工业国家都投入了大量的人力和物 3 7买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 力进行并联机床的研究与开发。如美国 司、 司和 公司，英国 司，俄罗斯 司，德国 公 司、 亚琛工业大学、汉诺威大学、斯图加特大学 ,挪威 司，瑞士 究所，瑞典 器人公司，意大利 床公司，丹麦 公司，日 本丰田公司、日立公司、三菱公司、韩国 公司等单位相继研 制出不同结构形式的数控机床、激光加工和水射流机床、坐标测量机等基于并联机构 的制造设备。并联机床所涉及的基本理论问题同样引起了许多研究单位的重视 ,由美国 国家科学基金会动议， 1998 年在意大利召开了第一届国际并联运 动学机器专题研讨会， 2000 年在美国召开了第二届国际并联运动学机器专题研讨会。 我国已在国家 “九五 ”科技攻关计划和 “863”高技术发展计划中对并联机床的研究 与开发予以支持。中国科学院沈阳自动化研究所、清华大学、天津大学、哈尔滨工业 大学、东北大学、河北工业大学等单位的研究人员也在积极从事并联机床领域的研究 工作，并与相关企业合作研制了数台结构形式各异的样机。基于并联机器人的多坐标 数控机床研究已成为机器人研究领域以及机床制造领域的研究热点。目前，国内外所 推出的各种并联机床大多数都是单纯利用并联机构 (尤 其是其中的 台机构 )来 构造机床 (也有一些在并联机构的动平台上再串接一、两个转动关节以增加工具的姿态 空间 )。根据其相应的并联机构所具有的自由度主要有 6 自由度 (6 条腿 )以及 3 自由度 (3 条腿 )两类；按照各分支链的驱动方式可分为两种形式：一种形式为各分支链（定长 杆）的一端通过滑块（或丝杠螺母副）沿固定平台导轨移动（简称 “腿滑动 ”）来改变 动平台的位置及姿态；另一种形式为通过各分支链杆长的伸缩（简称 “腿伸缩 ”）来改 变动平台的位置及姿态。 发展展望：并联机器人虽然经过了几十年的研究，在理 论上比较成熟，但是很大 程度上是在大学的实验室，真正投入到生产实践中的并联机器人甚少。近年来，先进 制造技术的发展对并联机器人的研究和发展起着积极的促进作用。随着先进制造技术 的发展，工业机器人已从当初的柔性上下料装置，正在成为高度柔性、高效率和可重 组的装配、制造和加工系统中的生产设备。要从组成敏捷生产系统的观点出发，来研 究并联机器人的进一步发展。面向先进制造环境的机器人柔性装配系统和机器人加工 系统中，不仅有多机器人的集成，还有机器人与生产线、周边设备、生产管理以及人 的集成。要想使并联机器人充分发挥 其优势性，适应于市场的需求 ,就需要对并联机器 4 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10浙江工业大学毕业设计（论文） 人进行模块化设计 。并联机器人的模块化设计正是符合敏捷制造提出的策略，敏 捷制造的基本思想是企业能迅速将其组织和装备重组，快速响应市场变化，生产出满 足用户需求的个性化产品。并联机器人的模块化设计为并联机器人迅速走向市场奠定 了良好的基础。 本论文的选题意义及主要研究内容 并联机构动平台沿某坐标轴方向的平动或绕某轴的转动是由各运动支链驱动副的协调 运动输入决定的，沿各轴的平动或绕各 轴的转动之间运动耦合，其运动学模型复杂， 运动学标定和控制困难。反之，若并联机器人运动解耦，会简化其运动学模型，为运 动学标定和控制带来方便。迄今尚未有并联机构运动解耦性能的详细论述。另外，以 台为原型的并联机器人的六个分支之间既不平行又不垂直，无论怎样选择其 初始装配位姿，其装配和检测都有诸多不便，存在结构和装配工艺性差的问题。本文 介绍了一种新型的 6-(交结构六自由度并联机器人的机构构型，分析该并联 机器人在正交位姿的运动解耦性能，这种性能为并联机器人的装配带来方便。 这种正 交结构的六自由度并联机器人，由于其特有的结构特点，与现有的其他并联机构相比 较，其结构布局和装配工艺性有明显的优越性，解决了早期六自由度并联机构存在的 结构和装配工艺性差的问题。本文主要研究的内容有：介绍新型 6-(交结构 并 联机器 人的机 构构型 ，对其 进行位置 分析和 正交位 姿的解 耦性能 分析。 分析 6-(联机器人的定姿态工作空间和定位置工作空间，绘制工作空间的三维图和 定位置工作空间的截面图，并分析结构参数对工作空间体积大小的影响。通过以上分 析，对该 并联机器人进行结构参数的选取，确定一组合理的结构参数。 5 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 第 2 章 新型 6-(位置分析 并联机器人的 述 由于并联机器人相当高的精度与刚度，承载能力强及动态性能好等特点，引起了 国内外学者专家的广泛关注，其中研究最多的是基于 台及其变形形式的结 构的并联机器人。但这种结构存在工作空间复杂，位置正解没有封闭解，姿态能力小 及装配工艺性差等 的一些缺陷。本文分析了一种新型的 6-(交结构并联 机器人，与现有的并联机构的明显区别在于这种机构是正交结构，即此机构的六个运 动支链分为三组，分别分布在运动平台基础立方体的三个相互垂直的平面上。这种结 构在初始位姿时的各运动支链都处于平行或垂直位置，能够很容易的装配起来，改善 了传统并联机器人装配工艺性差的问题。而且这种结构可使平动和转动控制解耦，特 别是位置正反解存在解析解，为误差补偿和数控编程提供了极大的方便。 -(联机器人的机构描述 构布局 图 2示是正交状态 6-(联机器人机构简图，该机构由基座 1，运动平 台 2 和 6 条运动支链组成，每条运动支链是由球铰 3、十字导轨 4 和直线移动副 5 组 6 【 】 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 成。该并联机器人结构布局有如下特点： (1)十字导轨垂直安装。如图 2示，导轨长度为 d。 (2)六个支链分成三组，每组中两条支链轴线平行，三组支链和运动平台相接的三 对球铰，分布在运动平台立方体三个互相垂直表面上，而且每对球铰中心连线两两互 相垂直。 (3)直线移动副和基座六个连接点的分布和运动平 台六个球铰点的情况相似，这种 布置方式叫做正交结构。 (4)该机构使用并联驱动方式，就是每个支链的直线移动副是一个驱动副。每个运 动支链都具有六个自由度，对动平台自由度约束数为零，所以该机构动平台有六个运 动自由度。 (5)当三组支链轴线分别和基础立方体三个表面垂直时，该并联机构就处于正交位 姿。 (6)运动平台基础立方体边长为 a，各组支链两个球铰之间距离均为 b，各支链定 长杆 为 l，初始位姿时，驱动副 长为 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 基座 机构特点 2运动平台 3球铰 图 2双移动副 机构简图 5直线移动副 以 台为原型的并联机器人是并联机器人机构中的一大类，是国内外学 者研究得最多的并联机构，广泛应用在飞行模拟器、 6 维力与力矩传感器和并联机床 等领域。但这类机构有很多关键性技术没有或没有完全得到解决，比如其运动学正解、 动力学模型的建立以及并联机床的精度标定等，存在结构和装配工艺性差等问题。 新 型的 6-(交结构六自由度并联机器人机构具有以下特点： (1)在正交 位姿时，各支链和其在动平台上的安装面垂直；十字导轨中的滑块处于 两垂直导轨的中心位置；因此选择正交位姿作为该并联机构初始装配位姿，这样的位 姿装配和检测都是很方便的。与现有其他并联机构相比，该并联机构结构布局与装配 工艺性有明显优越性，解决了前期六自由度并联机构结构和装配工艺性差等问题。 (2)根据结构布局特点，各组球铰在运动基础立方体上分布是规则的，这样使得运 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 动平台有良好的加工工艺性。 (3)这种 6-(链结构把驱动副全部放在基座上，减轻运动构件 的重量，可 以显著提高机构运动学性能。 (4)该机构在正交位姿是解耦的，并联机构解耦性会简化运动学模型，这样为运动 学标定与控制带来方便。 -(联机器人的位置分析 机构位置分析就是求解机构输入和输出构件间的位置关系，是加速度、速度和受 力分析基础。位置分析分成位置正分析与位置逆分析。若已知并联机构驱动结构的位 置参数，来求解机构动平台所有可能的位置与姿态称为位置正解，也叫做位置正分析； 若已知动平台位置与姿态参数，来求解机构驱动结构的位置参数叫做位置逆解，也称 为位 置逆分析。和串联机构位置正反解相反，在并联机构中，位置反解比较容易，而 正解却是很复杂，往往会涉及求解复杂非线性方程组。直到现在，并联机构位置正解 这一问题还是运动学研究难点。位置解有封闭解法和数值解法两种方法，封闭解法通 常采取多种方法来从约束方程中消去未知参数，得到单参数多项式后再求解。这个方 法的优点是得到解析表达式后还有很多应用，并且此解法能够得到方程全部解；而数 值解法能迅速地对任何机型结构求出实解，但一般得不到全部解，也不适合理论上研 究。机构位置分析正反解对机构运动学分析与机构控制有着重要意义 。本节将利用封 闭解法来把 6-(联机器人位置进行分析。 动平台的姿态描述 在动平台基础立方体中央建立动坐标系 F ： O x y z ，建立和基座固结坐标 系 H ： O 当机构处在正交位姿，两坐标系重合在一起。基准坐标系是固定 9 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 坐标系 H ： O 描述运动平台在基准坐标系里姿态时，常用的是欧拉角描述 方法。矩阵 D 是固定坐标系 H 到运动坐标系 F坐标变 换矩阵，表示运动坐标系 F相对于固定坐标系 H 的方向余弦。该变换矩阵使用绕固定轴 z y x 旋转变换 方 式 ， 这 种 变 换 方 式 称 为 角 变 换 ， 这 样 矩 阵 D 可 表 示 为 图 2平台姿态描述 矩阵 D 中各元素大小取决于动平台绕固定坐标系 z 轴的旋转角 (又称 绕 固定坐标系 y 轴的旋转角 (又称 及绕固定坐标系 x 轴的旋转角 (又称 的大小，如上图 2示。矩阵 D 第一列、第二列与第三列分别表示运动坐标系 F在 固定坐标系 H x 轴、 y 轴与 z 轴上的方向余弦，矩阵里各元素具体表示如下： 10 d d d 0 0 1 0 0 11 12 13 Dd d d 0 0 1 0 0 (2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 33 （ 2 置分析 如图 2示，运动平台的基础立方体边长为 a，各对支链两个球铰间距离为 b，各 支链定长杆杆长为 l。建立和运动平台固结坐标系 F ： O x y z ，原点处于基础立 方体中心，三个坐标轴分别和 立方体三互相垂直边平行。在坐标系 F 中，和运动平 台相连球铰中心空间位置用矢量 TF,i （ i =1,26 ）表示为： a / 2 0 b / 2 D D (a / 2 0 b / 2) D (b / 2 a / 2 0) D (2 (b / 2 a / 2 0) D (0 (0 b / 2 b / 2 a / 2) a / 2) D 建立和基座固结坐标系 H ： O 当机构处在正交位姿，两坐标系重合。用 i (i 1, 2.表示驱动副和基座连接点在固定坐标系 H 中空间位置矢量，有： 11 D D 13 D D 22 D D 31 D T 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 K K H ,1 H,2 浙江工业大学毕业设计（论文） 0 0 D H ,3 H,4 (b / 2 (b / 2 (a / 2 l (a / 2 l 0) 0) D D (2 K K H ,5 H ,6 (0 (0 b / 2 b / 2 0 0 D T H,i 和运动平台相连接的球铰中心点 i 1, 2.在固定坐标系中的空间位置矢量 可由以下公示求出： TH,i i I (2 其中： I 为动平台选定的参考点 位置矢量，即动坐标系原点在固定坐标系里的坐标。 I ( x y z) (2D 为 33 旋转变换矩阵。 31 32 33 如公式 (2矩阵中九个元素依赖于运动平台相对固定坐标轴 x ， y ， z 的独立 转角 ， ， 。 在机构初始位姿装配过程中，微调量 ， ， 很小，可以认为， = ， = ， = ， =1， =1， =1，忽略高阶无穷小， D 可简化为： 综合公式 (2公式 (2公式 (2公式 (2出球铰中心点 i 1, 2.在固定 坐标系中的空间位置矢量 TH,i ： 12 D (a/ 2 l L ) 0 b / 2 D (a/ 2 l L ) 0 b / 2 K K (a / 2 l L ) (a / 2 l L ) D D D D DD D D (2 1 D1 (2 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） a / 2 b/ 2 x a/ 2 b/ 2 y a/ 2 b / 2 z D D a / 2 b/ 2 x a/ 2 b/ 2 y a/ 2 b / 2 z D a/ 2 b / 2 x a/ 2 b / 2 x / 2 b/ 2 y / 2 b/ 2 y a/ 2 b/ 2 z a/ 2 b/ 2 z D D (2 H ,5 b/ 2 a/ 2 x b / 2 a/ 2 y b / 2 a / 2 z D 6 b/ 2 a/ 2 x b / 2 a/ 2 y D b/ 2 a / 2 z 设 L = 1 L 4 表示驱动副位移即输入，根据该 并联机器人结构特 点与运动特点还可以得到： (2其中，下角标 x ， y ， z 表示各个点的 x 方向的坐标， y 方向的坐标和 z 方向坐标。 综合以上各式可以得到机构位置反解方程： 6 经过整理，可以得到该机构位置正解方程： 13 L L T K l L 1 H,1x H,1x 0 L T K l L 2 H,2x H ,2x 0 L T K l L 3 H,3y H,3y 0 L T K l L L T K l L 5 H,5z H ,5z 0 L b/ 2 x 1 L b/ 2 x (2L b/ 2 y 4 5 L b/ 2 z 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 x ( L 1 浙江工业大学毕业设计（论文） 2 y z ( L ( L 3 L L 4 ) / 2 ) / 2 5 3 6 4 ) / b (2 ( L ( L 1 L L 2 ) / b ) / b 5 6 下面给出位置 正反解具体算例，设机构参数 b=260据公式 (2利用 件，可得位置正解如表 2以表 2计算结果作为已知，根据公式 (2利用 件，可以得到位置反解如表 2里反解和正解结果存在误 差。由以上分析可以得出，该机构位置正反解有唯一一组封闭解析解 。 表 2置正解 入 ( L 6 位置输出 (x y z 态输出 () 40 50 30 100 20 20 50 90 60 75 20 10 35 75 35 55 40 14 L ) / 2 ( 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 表 2位置反解 x 位置输出 (y z 姿态输出 () 入( 5 7 5 3 5 5 5 40 42. 5 40 50 30 100 20 90 交位姿的解耦 分析 并联机器人运动平台沿着某坐标轴方向平动或者绕某坐标轴转动是由各个运动支 链驱动副协调运动输入来决定的，沿各轴平动或者绕着各轴转动之间运动耦合，其运 动学模型很复杂，运动学标定与控制很困难。反之，如果并联机器人运动解耦，这样 会简化其运动学模型，为运动学的标定与控制带来方便。 本节对正交结构 6-(自由度并联机器人初始装配位姿的误差解耦性进行 分析。并联机构运动解耦是指运动平台的某一确定运动，就是沿着某坐标轴平动或绕 某坐标轴转动只和一个或者一组对应运动支链驱动量有关，而且这一个 或者一组对应 运动支链驱动不产生运动平台的其他运动。并联机器人在正交位姿解耦性会给并联机 器人装配带来许多方便。 1 2 3 4 5 6 微 位 移 调 整 矢 量 即 输 入 。 设 动 平 台 参 考 点 O 对 O 的 输 出 为 (x y z ) 。在初始装配微调过程中，动平台相对固定 15 D 在初始装配位姿，已知L (L L L L L L ) 为驱动副 D 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 坐标轴 x ， y ， z 转角 ， ， 很小。忽略高阶无穷小，旋转变换矩阵 D 可 化为： 位置正解方程表示为： 5 6 由公式 (2以得出，该机构每一个输出量只与一组输入量有关，表示该机构在 正交姿态时是解耦的。 章小结 本章介绍一种新型 6-(联机器人的机构构型，分析了这种机构特点，并对其 进行了位置分析与正交位姿解耦性能分析，得出了该机构位置正反解都有唯一的一组 封闭解析解。为后面的空 间分析奠定了理论基础。 16 1 D1 (2 x (L L ) / 2 1 2 y (L L ) / 2 5 6 (2( L L ) / b 1 2 ( L L ) / b 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 第 3 章 新型 6-(联机器人工 述 作空间分析 工作空间是指并联机器人动平台上参考点所能达到的区域，是衡量并联机器人机 构性能与工作能力的重要指标。工作空间分析是并联机器人运动学模块设计里的重要 内容，其大小不仅和机器人结构特点有关，还和它的结构参数 (静、动平台尺度参数， 最大与最小杆长，铰链转角等 )有关 。通常来说，并联机器人工作空间都是比较小的， 所以在一定方面限制了其应用，于是 对并联机器人工作空间分析就显得尤为重要了。 本文提出六自由度 6-(联机器人机构可以作为宏动平台，其运动平台上可以 安装微动平台来完成作业。本章以杆长、球面副转角和十字导轨中导轨长度做为约束 条件，利用 程搜索来确定该宏动平台工作空间，并且分析结构参数对工作空 间的影响 。 作空间定义 并联机器人的工作空间是指机器人操作器工作区域，是指操作器上某一参考点可 以到达的点集合，参考点一般选择运动平台中心点。作为空间并联机构，并联机器人 的工作空间形状比较复杂 ，解析求解是一个很复杂的问题。所以对并联机器人进行工 作空间分析就很困难。并联机器人工作空间分析涉及已知参数与结构变量变化范围， 来确定终端实现位姿能力。工作空间求解主要有数值分析方法与几何方法 ，一般都 避开对其进行位置正解这一复杂问题。 17 18 19 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 分析并联机器人工作空间时，主要有下面几个问题： (1)3 自由度以上的并联机构工作空间很难在直角坐标中表达，为了实现运动平台 实现位姿变化的可视化，需要把位置空间或者姿态空间进行降维来描述。 (2)位置和姿态的强耦合，加大了定义和描述位置与姿态空间的难度。 (3)所分析机构可能的出现奇异位形。 (4)工作空间边界曲面很难利用解析式来描述。 (5)可能存在几何约束 (如杆长、铰链限制和杆间的干涉 )使工作空间分析变得更复 杂。 为此，国内外学术人士对并联机构工作空间做了许多研究，提出了很多描述并联 机构工作空间的方法 20比如有：可达工作空间、全工作空间、位置工作空间、灵 活工作空间和姿态工作空间等。可达工作空间指的是参考点至少在一个姿态下所能达 到的点集合，它并不考虑并联机构姿势；全工作空间指的 是参考点在符合约束条件下 所有位姿向量的集合；位置工作空间指的是参考点在可以达到的工作空间内其姿态受 限制的点集合；灵活工作空间指的是操作器上某一参考点可以从任何方向到达的点集 合，灵活工作空间是可达工作空间的子集；姿态工作空间指的是参考点在可达工作空 间内其位置受限制的点集合。在分析并联机构工作空间时，常采用下面几种描述方法： (1)给定一个姿态或者姿态范围，分析其位置工作空间。 (2)给定一个位置或者位置范围，分析其姿态工作空间。 (3)给定一个轨迹，判断是否完全在工作空间范围内。 尽管对并联机器人工作 空间分类和描述已经作了不少研究，但对于能够实现各种 运动姿态的并联机器人来说，分析并联机器人工作空间时，采用什么方法将并联机器 人运动的各个位姿参数在三维直角坐标系中全面地表达出来，也就是可视化处理，还 没有比较好的方法。对于 6-(联机器人，本文章将通过约束分析来确定某一固 18 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 浙江工业大学毕业设计（论文） 定姿态分析它的位置工作空间与给定某一位置分析它的姿态工作空间。 工作空间分析 约束分析 约