并联机器人的开题报道[2]

1、燕 山 大 学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：非对称3平动3并联机器人的设计与计算机模拟 学院（系）：里仁学院 年级专业：07机电2班 学生姓名：孟晓亮 指导教师：胡波 完成日期：2011-3-1 一、 选题的来源和意义随着社会的不断进步，机器人技术不断发展，机器人技术已经日趋完善。并联机器人的出现是机器人发展史的一个重要成就。并联机器人机构是机、电及计算机控制相结合的产物。越来越多的国内外学者开始从不同方向从事并联机器人技术的研究工作。并联机器人是具有重大经济价值和国防战略意义的高精尖实验设备。1965年，德国stewart发明了六自由度并联机构，并作为飞行模拟器用于训练飞行员。197

2、8澳大利亚著名机构学教授hunt提出将并联机构用于机器人手臂。与串联机构相比，并联机构具有刚度大、结构稳定、承载能力大、微动精度高和运动负荷小的特点。并联机构正解困难反解容易有利于在线实时计算。目前我国并联机构的自由度转台设计水平和制造水平与西方发达国家相比差距还是相当大，对三自由度转台控制理论、控制系统与技术研究的这些领域内的关键课题所做的工作还很粗浅。因此对三自由度的关键组成部分进行深入的理论分析和实验研究，尽快研制出性能优良的三自由度转台，提高我国的仿真技术水平，具有重大的理论意义和实际应用价值。少自由度并联机构是国际上机器人学研究的热点之一，构造出具有良好性能的少自由度并联机器人的众多

3、构型，一遍根据应用要求选择不同性能的机构，是并联机器人机构中的一项重要任务，当前众多研究人员的研究方向都集中于构建新型的少自由度并联机构。根据理论研究出来的众多的少自由度并联机构还需要检验其运动的正确性，传统的方法是通过试验样机制造实验来验证，而近年来计算机技术的广泛应用提供了新的方法，那就是虚拟样机技术，这包括了三维cad建模技术和机械系统运动学等相关技术。二、研究内容和要求1、分析多种结构方案，确定合理的结构方案，分析和计算该并联机器人的运动自由度。对于3自由度的并联机器人的三个分支，各个分支之间相互干涉。第一种方案：其中两个分支第一个转动副的轴线垂直于上下平台，另外一个分支的第一个转动副

4、的轴线与平台平行，且都在内侧；第二种方案：其中两个分支第一个转动副的轴线垂直于上下平台，第二个转动副的轴线平行于上下平台，且位于下平台外侧，另外一个分支的第一个转动副的轴线与平台平行，且在内侧；(第2，3转动副应该平行)第三种方案：其中两个分支第一个转动副的轴线垂直于上下平台，且位于下平台内侧，另外一个分支的第一个转动副的轴线与平台平行，且在外侧。2、设计3驱动3-upu并联机器人机构和结构保证给定加工空间和灵活度。该并联机器人的u副的相互搭配是这个内容的重点。它选择有不同的方案，第一种方案：不对称的那个分支第一个r副的轴线指内侧，剩下的两分支第一个转动副的轴线垂直于上下平台;第二种方案：不对

5、称的那个分支第一个r副的轴线与第一种方案中的指向相垂直，且平行于上下平台, 剩下的两分支第一个转动副的轴线垂直于上下平台.3、设计液压驱动或滚珠丝杠驱动装置满足工作空间、灵活性和载荷的要求。驱动装置的选用决定该机构载荷的大小。合理的安排该驱动的位置、位姿以解决工作空间及灵活性的问题。第一种方案：液压装置作为驱动装置。它的优点：1）体积小、重量轻惯性力较小，当突然过载或停车时，不会发生大的冲击；2）能在给定范围内平稳的自动调节牵引速度，并可实现无极调速，且调速范围最大可达1：2000(一般为1：100）；3)换向容易，在不改变电机旋转方向的情况下，可以较方便地实现工作机构旋转和直线往复运动的转换

6、；4）液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。第二种方案：气动装置作为驱动装置。它的优点：1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道；2）因空气的粘度很小，其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。 3）与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。4)工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。5)成本低，过载能自动保护。第三种方案：滚珠丝杠装置作为驱动装置。

7、它的优点：1)定位精度高；2)传动效率高；3)使用寿命高。我选择滚珠丝杠装置作为驱动装置，因为以上所说的滚珠丝杠装置的优点，而液压装置实现定比传动困难，液压元件制造精度要求高，成本高，需要液压泵的辅助装置，体积大，干涉可能性增大。气压装置由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差，而且噪声较大，在高速排气时要加消声器。综上所述，选择滚珠丝杠装置作为驱动装置。4、设计相应的电气控制系统电路、控制系统，满足数控过程。随着时代的进步，数控的应用越来越广泛。所以我们要跟随时代的脚步设计相应的数控系统。第一种方案：用反馈控制。反馈控制系统反馈控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是

8、根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通路，两者组成一个闭合的回路。因此，反馈控制系统又称为闭环控制系统。反馈控制是自动控制的主要形式。在工程上常把在运行中 跟随或复现某种过程的反馈控制系统称为伺服系统或随动系统。第二种方案：用半闭环控制。半闭环控制系统是在开环控制系统的伺服机构中装有角位移检测装置，通过检测伺服机构的滚珠丝杠转角间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控装置的比较器中，与输入原指令位移值进行比较，用比较后的差值进行控制，使

9、上平台补充位移，直到差值消除为止的控制系统。5、绘制并联机器人装配图、零件图，对并联机构进行运动学模拟仿真并绘出运动参数曲线，并进行一些理论分析。第一种方案：用cad变量几何法。cad变量几何法是一种进行多种机器人多自由度机构位移、速度、加速度分析的有效方法。用cad变量几何技术，可以构造多种不同机器人的模拟机构、速度机构和加速度模拟机构，用这些机构可以求解机器人输出杆端点的位移、速度和加速度。这种方法不仅具有简单、快捷、直观、求解精度高的优点，而且可以完成复杂机构的运动分析，为机器人多自由度机构运动分析提供了更有效地工具，可以实时观察机器人输出杆端点的速度、加速度的大小和方向的变化;第二种方

10、案：用solidworks模拟。它可以模拟真实的零件间的空间运动情况。绘制并联机器人装配图、零件图的方案有：第一方案：用cad绘图；cad是用来画二维图。第二方案：用solidworks绘图；solidworks用来画三维图 立体零件图。第三方案：用proe绘图; proe也是用来画三维图 立体零件图，但是比solidworks复杂些。我选择solidworks绘图，solidworks用来画三维图 立体零件图，而且比proe简单一些。三、研究步骤、方法1、收集资料，计算自由度，确定合理的方案。在学校图书馆查阅相关资料并整理，通过书籍和网络查找最新的并联机器人的发展动向，尽量在保证原来参数的基

11、础上，采用最新的一些结构，这样才能使设计具有实用性和时代性。通过浏览因特网上的相关资料掌握并联机器人的相关知识，研究出设计方法，熟悉并联机器人的工作原理，并运用相关参数进行计算。2、设计3-upu并联机器人机构和结构，液压驱动装置或滚珠丝杠驱动装。运用solidworks对并联机器人进行设计，同时对照课题任务的内容和要求，对具体参数进行设计和计算，选择合适的架构和部件。3、设计计算机模拟机构和控制电路系统。4、绘制图纸，审查图纸。运用solidworks对并联机器人进行仿真模拟并画出重要部件或者结构的视图。5、撰写论文。四、研究工作进度 第一阶段（14周）收集资料，计算自由度，确定合理的方案第

12、二阶段（58周）设计3-upu并联机器人机构和结构，液压驱动装置或滚珠丝杠驱动装置第三阶段（912周）设计计算机模拟机构和控制电路系统第四阶段（13-16周）绘制图纸，审查图纸。第五阶段（17-18周）撰写论文，准备答辩五、主要参考文献1 张曙，u heisel著。并联运动机床。北京：机械工业出版社2003年2 徐灏，邱宣怀等编。机械设计手册，第五卷。机械工业出版社，1992机器人设计图册。机械工业出版社，1992 3 路懿，黄真。正交虚拟六轴机床刀架工作空间位姿计算机模拟。系统仿真学报，2002，14（1）：104-1084 贺永刚基于运动功能的少自由度串并联机构创新设计方法的研究华中科技大

13、学机械设计理论硕士论文，2008（5） 5李仕华几种空间少自由度并联机器人机构分析与综合的理论研究燕山大学机械设计与理论博士论文，2004（6）6李海虹 杨永志一类二自由度并联机器人的动力学分析j天津大学学报.2010，43(4)：322-328.7刘善增并联机器人的研究进展和现状j组合机床与自动化加工技术.2007(8)：5-108 戴巍六自由度并联机器人运动学分析东北大学机械设计理论硕士论文，2006（5） 9金振林 高峰一种新型6自由度正交并联机器人机构的柔度分析j机械设计与研究. 2001，172)：38-3910王坤茜并联机构造型设计研究j机床与液压. 2005，11：182-18411李秦川对称少自由度并联机器人型综合理论及新机型综合燕山大学机械设计与理论博士论文，2003（7）12黄真 李秦川少自由度并联机器人机构的型综合原理j中国科学.2003，33(9)：813-81913 程海英并联机器人机构创新设计方法研究华中科技大学机械设计理论硕士论文，2007（1）14李艳文几类空间并联机器人的奇异研究燕山大学机械设计与理论博士论文，2005（2）15孙立宁 楚中毅2-dof平面并联机器人结构参数优化的研究j哈尔滨工业大学学报2004，36(3)：277-28016 lu yi.using cad functi