| 【中文题名】 | 三自由度球面并联仿生关节的设计与研究 |
| 【英文题名】 | The Design and Study of a Bionic Joint Based on 3-DOF Spherical Parallel Manipulator |
| 【学科专业】 | 机械电子工程 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-11-12 |
| 【中关键词】 | 三自由度球面并联机构,仿生学设计,运动学,静力学,刚度,奇异性 |
| 【英关键词】 | 3-dof spherical parallel manipulator,bionic design,kinematics,statics,stiffness,singularity, |
| 【分类导航】 | 工业技术>自动化技术、计算机技术>自动化技术及设备>机器人技术>机器人> |
| 【论文摘要】 |
无论在科幻小说还是人们对机器人的第一意识中,都把像人一样的机器人作为研究的最高境界。机器人研究者也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。机器人机构主要是由一个个关节组成。现有的人形机器人的关节都是基于串联机构驱动的,而且很少有腰关节。一般来说,采用串联结构形式的机器人承载能力较弱,而没有腰关节,则就会受上体重量的影响,使其控制平衡不方便。
本文主要研究人形机器人的肩关节和腰关节,提出了一种新的并联冗余机构——3-RRR+S’-P机构。由于此机构以三自由度球面并联机构(3-RRR机构)为基础,因此后续主要研究了3-RRR机构的运动学、静力学以及刚度,求得运动学雅克比矩阵和力雅克比矩阵,并分析了3-RRR机构的操作性能和奇异形位。具体内容为:
1.在三自由度球面并联机构(3-RRR机构)的基础上,为了更好的提高机构的承载性能和刚度,从仿生学以及动物关节的角度对机构进行改进,提出了一种新的冗余机构——3-RRR+S’-P机构。采用此机构可以把作用在动平台上过球心的力直接卸载到机架上,使肩关节和腰关节具有更好的力学性能、刚度及控制的精度。
2.对球面并联机构(3-RRR机构)建立运... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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ABSTRACT |
5-9 |
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第一章 绪论 |
9-17 |
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§1-1 并联机器人概述 |
9-10 |
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1-1-1 并联机构及并联机器人定义 |
9 |
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1-1-2 并联机器人机构的研究 |
9-10 |
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1-1-3 并联机构的特点 |
10 |
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§1-2 并联机器人的应用领域及研究热点 |
10-13 |
|
1-2-1 并联机器人的应用领域 |
10-12 |
|
1-2-2 研究热点 |
12-13 |
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§1-3 三自由度球面并联机器人的研究与应用 |
13-15 |
|
1-3-1 球面三自由度并联机器人 |
13 |
|
1-3-2 三自由度球面并联机器人的应用领域 |
13-15 |
|
§1-4 本论文的主要研究内容 |
15-17 |
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第二章 三自由度球面并联仿生关节的设计 |
17-23 |
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§2-1 仿生学的发展及其意义 |
17-18 |
|
§2-2 仿生关节的设计 |
18-22 |
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§2-3 本章小结 |
22-23 |
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第三章 三自由度球面并联机构的运动学分析 |
23-33 |
|
§3-1 坐标系的定义 |
23-25 |
|
3-1-1 坐标系的建立 |
23-24 |
|
3-1-2 位姿变换 |
24-25 |
|
§3-2 3-RRR 球面并联机构位姿逆解 |
25-28 |
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3-2-1 3-RRR 球面并联机构位姿逆解 |
26-27 |
|
3-2-2 具体参数下的位姿反解 |
27-28 |
|
§3-3 直接求导法进行速度分析 |
28-31 |
|
3-3-1 用直接求导法推导 |
28-29 |
|
3-3-2 具体参数下的机构的雅克比矩阵 |
29-31 |
|
§3-4 几个位姿下的雅可比矩阵 |
31-32 |
|
§3-5 本章小结 |
32-33 |
|
第四章 三自由度球面并联机构的静力分析 |
33-60 |
|
§4-1 引言 |
33 |
|
§4-2 机构的静力模型 |
33-34 |
|
§4-3 过球心的力F 作用时的静力分析 |
34-51 |
|
4-3-1 对动平台进行受力分析 |
34-36 |
|
4-3-2 对上连杆做受力分析 |
36-38 |
|
4-3-3 对下连杆做受力分析 |
38-40 |
|
4-3-4 对以上平台及上、下连杆各表达式进行化简 |
40-41 |
|
4-3-5 研究上、下连杆变形 |
41-50 |
|
4-3-6 第i 支链的变形 |
50 |
|
4-3-7 求解各力与力矩 |
50-51 |
|
§4-4 动平台只受力矩M 作用时的受力分析 |
51-53 |
|
4-4-1 对动平台进行受力分析 |
51-52 |
|
4-4-2 对上、下连杆的受力分析 |
52 |
|
4-4-3 对以上平台及上、下连杆各表达式进行化简 |
52-53 |
|
4-4-4 上、下连杆的变形 |
53 |
|
4-4-5 求解各力与力矩 |
53 |
|
§4-5 数值算例 |
53-56 |
|
4-5-1 在过球心的力F 作用下受力 |
53-54 |
|
4-5-2 在力矩M 作用下受力 |
54-56 |
|
4-5-3 在力F g 作用下受力 |
56 |
|
§4-6 力雅克比矩阵 |
56-58 |
|
4-6-1 力雅克比矩阵的推导 |
56-57 |
|
4-6-2 力雅克比矩阵与速度雅克比矩阵比较 |
57-58 |
|
§4-7 本章小结 |
58-60 |
|
第五章 刚度分析 |
60-67 |
|
§5-1 引言 |
60 |
|
§5-2 第一支链各力 |
60-61 |
|
5-2-1 动平台只受过球心的力F 时各力的表示 |
60-61 |
|
5-2-2 动平台只受力矩M 时上平台所受各力表示 |
61 |
|
§5-3 变形 |
61-66 |
|
5-3-1 动平台只受过球心的力F 产生的变形 |
62-64 |
|
5-3-2 动平台只受力矩M 时的变形 |
64-66 |
|
§5-4 机构的刚度矩阵 |
66 |
|
§5-5 本章小结 |
66-67 |
|
第六章 机构的操作性能及奇异性分析 |
67-72 |
|
§6-1 引言 |
67 |
|
§6-2 操作性能分析与评价指标 |
67-69 |
|
6-2-1 操作性能分析 |
67-68 |
|
6-2-2 性能评价指标 |
68-69 |
|
§6-3 机构的奇异位形 |
69-71 |
|
6-3-1 三自由度球面并联机构的两种奇异位形 |
69 |
|
6-3-2 数值算例 |
69-71 |
|
§6-4 本章小结 |
71-72 |
|
第七章 结论 |
72-73 |
|
参考文献 |
73-76 |
|
致谢 |
76-77 |
|
攻读硕士期间所取得的相关科研成果 |
77 |
|
| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.386283 |
