机器人:一种三自由度并联解耦机构的构型与运动学分析
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一种三自由度解耦并联平动机构近几年来,机器人领域的研究取得了长足的进步,各种新型机构的设计不断涌现。
其中,解耦并联平动机构因其在空间平动方面具有较好的性能,受到了广泛的关注。
本文将介绍一种三自由度解耦并联平动机构的设计原理、结构特点和应用前景。
一、设计原理该机构是一种平行四连杆机构,由上、下评台和四个连杆组成。
其中,上、下评台分别固定在机器人的移动评台和基座上,通过四个连杆将两个评台连接起来。
通过设计连杆的长度和角度,可以实现线性运动,并且可以将平移运动的方向和速度进行独立控制。
二、结构特点1.三自由度解耦:该机构通过精心设计连杆长度和角度,实现了三个自由度的解耦。
即可以分别控制X、Y和Z方向的平移运动,从而具有更灵活的运动方式。
2.稳定性高:由于平行四连杆机构的特点,该机构在运动过程中具有较好的稳定性,可以适用于复杂的工作环境。
3.结构简洁:由于该机构只由上、下评台和四个连杆组成,结构简洁,易于制造和维护。
三、应用前景1.工业制造:该机构可以用于工业制造中的自动化装配线上,实现对工件的精准定位和运动控制。
2.医疗器械:在医疗器械领域,该机构可以应用于手术机器人的运动部件,实现对手术工具的精确操控。
3.航空航天:在航空航天领域,该机构可以用于太空探测器的核心零部件,实现对探测器的平移运动和定位控制。
四、结语三自由度解耦并联平动机构作为一种新型的机械结构,在工业制造、医疗器械和航空航天等领域具有广阔的应用前景。
随着机器人技术的不断发展,相信这种机构将会在未来得到更广泛的应用和推广。
五、性能优势该三自由度解耦并联平动机构具有许多性能优势,使其在机器人领域备受青睐。
该机构具有较高的定位精度和重复定位精度。
由于机构设计合理,运动部件的相对位置和方位角度能够保持较好的稳定性,在进行运动控制时能够实现较高的精度要求。
该机构的运动轨迹平滑,并且具有较强的载荷承载能力。
这意味着机构在运动过程中产生的振动较小,能够较好地适应工作环境的变化,同时能够承载一定重量的工作载荷。
并联机器人的运动学分析一、引言机器人技术作为现代工业生产的重要组成部分,已经在汽车制造、电子设备组装、医疗器械等领域发挥着重要作用。
而在机器人技术中,并联机器人以其独特的结构和运动方式备受关注。
本文将对并联机器人的运动学进行深入分析,探讨其工作原理及应用前景。
二、并联机器人的运动学模型并联机器人由多个执行机构组成,这些执行机构通过联接杆件与运动基座相连,使机器人具有多自由度运动能力。
为了对并联机器人的运动学进行建模,我们需要确定每个执行机构的运动关系。
其中,分析最为常用的是基于四杆机构的并联机器人。
1. 四杆机构的运动学模型四杆机构是一种由两个连杆和两个摇杆组成的机构,通过这些部件的相对运动实现机构的运动。
在并联机器人中,常见的四杆机构包括平行型、等长型等。
以平行型四杆机构为例,我们可以将其简化为平面结构,并通过设定适当的坐标系进行建模。
在平行型四杆机构中,设两个连杆为L1和L2,两个摇杆为L3和L4。
定义坐标系,以机构的连杆转轴为原点,建立运动坐标系OXYZ。
假设L3的转角为θ3,L4的转角为θ4,连杆L1和L2的长度分别为L1和L2,则可以通过几何关系得到机构的运动学方程。
2. 并联机器人的运动学模型并联机器人由多个四杆机构组成,各个四杆机构之间通过杆件连接,使得整个机器人能够实现更复杂的运动。
以三自由度的并联机器人为例,每个四杆机构的连杆长度、摇杆转角都有一定的自由度限制。
通过对每个四杆机构的运动学模型进行分析,可以得到整个并联机器人的运动学方程。
三、并联机器人的动力学分析除了运动学分析,动力学分析也是对并联机器人进行研究的重要方向。
动力学分析包括对并联机器人在运动过程中的力矩、加速度等动力学参数的研究,是实现机器人精确控制和安全运行的基础。
1. 动力学模型的建立在并联机器人的动力学分析中,我们通常采用拉格朗日方法建立动力学数学模型。
通过拉格朗日方程可以建立机器人运动学和动力学之间的联系,从而实现对机器人运动过程中各个关节力矩的估算。
AbstractParallelrobothasmoreadvantagesthanserialrobots.3degreeoffreedomparallelrobotisanimportantpartinthefamilyofparallelrobot.DeltaParallelRobotwithitshighspeed,highrigidity,highprecision,hastheadvantagesoflargeworkingspace.Itisintheindustrial,medicalandotherfieldsareplayinganimportantrole.Itisalsoincreasinglysubjecttopeople’Sattention.Inthispaper,byusingthedeltarobotastheresearchobject,analysesitscharacteristicsandmotionparallelsimulation.Theresearchcontentmainlyincludesmechanismcharacteristicmatrix.workspace,motionreliability.Parallelmechanismconfigurationandvariouspartsofthemotoroutputarethebasiccharacteristicsoftheparallelmechanism.FirstIobtainabranched(SOCS)featurematrixoftheparallelmechanism.ThenIthroughthestudyofparalleltheorem,synthesisofthebranchedmotion,Igetthewholecharacteristicmatrixofparallelmechanism.Theworkspaceisanimportantstandardtomeasurethequalityofparallelrobot.ItiSalsoanimportantcharacteristicofparallelmechanism.Accordingtothehelixstructureofdeltaparallelmechanism,lsetupthespacecoordinatesystem.Therelationbetweeninputsandoutputs.IestablishtheconstraintequationsandtheJacobimatrix.1establishequationaccordingtotheinfluenceofdexterityofparallelmechanism.1makethesizeparametersofthemechanismiSbetter.Imakethesizeparametersofthemechanismisbetter.Igettheworkingspaceofparallelmechanismbysurfaceenvelopeprinciple.Istudyontheeffectofdifferentparameterstotheworkspace,fmdthemethodtOoptimizetheworkingspace.Sincetheoriginalerrorsofdifferentinstitutionshavedifferentsources.MotionreliabilityisanimportantcharacteristicofDeltaparallelmechanism.1setupthemechanismpositionerrorcontainsthedimensionerror,mechanismofrotatingiointclearanceerroranderrorcalculationmodel.Igetthemotionreliabilityofmechanism.MotionreliabilityanalysisiSameasureofthestandardMotionaccuracyofthemechanism,andmotionreliabilityanalysisisabasicofmechanismoptimizationdesignanderrorcompensation.Finally,lcarriedonthemovementsimulationoftheDeltaParallelmechanism.Iestablishedthemodelof3DmodelingsoftwarewithSolidWbrks.inaccordancewiththeanalysisonthemechanismofconfiguration.ThroughtheestablishmentofSolidW|orksinterfacewithMatlab/SimLink.1willentitymodelintotheparallelmechanisminMatlab.GetconnectionmoduleintheMatlab/SimlinktoolboxinSireMechanics.1wereaddedtoactivememberandthemovingplatformmoduleandsensor.Getwiththeforwardsolutionofparallelmechanismdirectly.Andthecorrectnessofverificationmechanismmotionoutput,workingspace,motionreliabilityanalysisonthemechanismofpositivesolution.Keywords:DeltaParallelmechanism;Characteristicmatrix;Workspace;MotionReliability河北工程大学硕士学位论文厂(s)=五万丽(4.11)应用矩法(数理统计中的算法)可以近似的求得f(S)的均值和方差并通过蒙特卡罗法【381(是一种计算机化的数学方法)确定总位置误差的分布。
DELTA并联机器人运动学分析与控制系统研究共3篇DELTA并联机器人运动学分析与控制系统研究1DELTA并联机器人是一种特殊的平面机器人,其构建方式是有三个"手臂"连接到一个平台上,形成了一个三角形的平面结构。
它具备高速、高精度和高可靠的特性,因此在组装、分拣和包装等领域有着广泛的应用。
机器人的运动学分析是研究机器人在运动时各种运动参数、关节位姿、速度和加速度等因素的关系。
DELTA机器人因为它的三角形平面结构,运动学模型相比于其他机器人则非常复杂。
在这种结构中,每个关节的运动都会对另外两个关节产生影响,因为每个关节都是相互连接的。
因此,建立运动学模型需要使用到复杂的几何算法和数学方程式。
在控制系统中,我们需要用某种方式去实现机器人的轨迹规划以及运动控制。
对于DELTA机器人,高速度和高精度都是极其重要的考虑因素。
在轨迹规划方面,我们需要考虑运动学模型,同时结合应用中的实际需求来确定机器人工作范围和路径规划。
在运动控制方面,我们需要提供特定的学习算法和控制器,同时考虑实时性需求,以确保机器人的控制是稳定和可靠的。
总的来说,DELTA并联机器人运动学分析与控制系统是一个复杂的问题,需要对机器人的构造和应用进行全面的考虑。
要想达到最佳的控制效果,我们需要基于准确的运动学模型建立合适的控制系统,并且不断地优化和改善整个系统,从而使得机器人在应用中得到最大的利用价值。
DELTA并联机器人运动学分析与控制系统研究2DELTA并联机器人是一种非常灵活和高效的机器人系统,它可以用于许多不同的应用领域,包括工业自动化、医药制造、食品加工、航空航天等等。
但是,要充分发挥DELTA并联机器人的优势,需要对其进行正确的运动学分析和控制系统研究。
一、DELTA并联机器人的基本结构和工作原理DELTA并联机器人由三个运动自由度的臂和三个固定的连杆组成,臂和连杆的结构构成一个平行四边形,并通过球面铰链联接。
包 装 工 程第45卷 第3期 ·218·PACKAGING ENGINEERING 2024年2月收稿日期:2023-03-27基金项目:国家青年科学基金(E51505124);河北省自然科学基金(E2017209252);河北省高等学校科学技术研究重点项目(ZD2020151);唐山市机器人机构学理论基础创新团队项目(21130208D );唐山市基础研究项目(23130201E );华北理工大学重点科研项目(ZD-YG-202306-23);华北理工大学专业学位综合改革项目(ZD18010223-03)三自由度并联分拣机器人的动力学建模与仿真崔冰艳,桂小庚,曾鸿泰,李贺(华北理工大学 机械工程学院,河北 唐山 063000)摘要:目的 针对自动化生产线上分拣机器人的动力可控性问题,提出一种2UU-UPU 三自由度并联分拣机器人,以提高分拣的精度可控性。
方法 分析该机器人的机构自由度,以及各参数之间的关系,基于闭环矢量法建立并联机构的运动学逆解模型;利用拉格朗日动力学方程推导该机器人的动力学表达式,并进行数值计算,采用Matlab Simulink 和Adams 进行动力学联合仿真,对理论值和仿真值进行误差分析。
结果 揭示了该机器人动平台的运动规律,得到了驱动力矩曲线,理论值与仿真值的误差较小,3个驱动力矩的最大误差分别为0.379%、0.283%、0.146%。
结论 通过验证可知,该机构具有较好的动力学特性,这为后续电机的选型和精准控制奠定了基础。
关键词:2UU-UPU 并联机构;分拣机器人;动力学;分拣精度中图分类号:TH112 文献标志码:A 文章编号:1001-3563(2024)03-0218-08 DOI :10.19554/ki.1001-3563.2024.03.025Dynamic Modeling and Simulation of a 3-DOF Parallel Sorting RobotCUI Bingyan , GUI Xiaogeng , ZENG Hongtai , LI He(College of Mechanical Engineering, North China University of Science and Technology, Hebei Tangshan 063000, China) ABSTRACT: Aiming at the dynamic controllability of sorting robots in automatic production lines, the work aims to propose a 2UU-UPU 3-DOF parallel sorting robot to improve the accuracy and controllability of sorting. The relationship between the degrees of freedom and various parameters of the robot was analyzed, and an inverse kinematics model of the parallel mechanism was established based on closed-loop vector method. The dynamics expression of the robot was derived using Lagrange dynamics equations, and numerical calculations were performed. The dynamic joint simulation of the robot was performed using Matlab Simulink and Adams, and the error analysis of the theoretical and simulation values was performed. The motion law of the robot's moving platform was revealed, and the driving moment curves were obtained. The error between the theoretical value and the simulation value was small, with the maximum error of the three driving torques being 0.379%, 0.283%, and 0.146%, respectively. It is verified that the mechanism has good dynamic characteristics, laying a foundation for the subsequent motor selection and precise control. KEY WORDS: 2UU-UPU parallel mechanism; sorting robot; dynamics; sorting accuracy随着生产线的智能化发展,产品的分拣已进入一个新阶段,特别是分拣机器人的研发,为生产线上的产品分拣注入了新的活力。
并联机器人设计论文摘要:并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,在21世纪将有广阔的发展前景。
文中从运动副分析入手,对一种运动解耦的三自由度并联机构进行了构型研究,该机构由三个正交分布的支链组成,且机构的运动副均为转动副,构成了机构动平台x、y、z三个方向的平动解耦;在机构构型研究的基础上,对其进行了运动学分析,推导出了该并联机构的运动学正反解,分析了机构输入/输出的速度和加速度等,验证了该机构运动解耦的特性。
这对该机构的动力学分析、控制策略、机构设计和轨迹规划等方面的研究,具有一定的理论意义。
关键词:三自由度并联机构;并联机器人;设计;1.课题国内外现状及研究的主要成果少自由度并联机器人由于其驱动元件少、造价低、结构紧凑而有较高的实用价值,更具有较好的应用前景,因此少自由度的并联机器人的设计理论的研究和应用领域的拓展成为并联机器人的研究热点之一。
研究少自由度并联机构最早的学者应属澳大利亚著名机构学教授 Hunt ,在1983年,他就列举了平面并联机构、空间三自由度3-rps并联机构,但对四,五自由度并联机构未作详细阐述。
在Hunt之后,不断有学者提出新的少自由度并联机构机型。
在少自由度并联机构机型的研究中,三维平移并联机构得到广泛的重视。
clavel提出了一种可实现纯平运动三自由度Delta 并联机器人,在Delta机构的支链中采用平行四边形机构约束动平台的3个转动自由度。
Tsai提出的Delta机构完全采用回转副,并通过转轴的偏移扩大了Delta机构的工作空间。
在 Tricept并联机床上采用的构型是由 Neumann发明的一种具有3个可控位置自由度的并联机构,该机构的突出特点是带有导向装置,采用3个内副驱动支链并由导向装置约束动平台。
Tsai通过自由度分析提取支链的运动学特征,系统研究了并联机构的综合问题,特别研究了一类实现三自由度平动的并联机构。
并联机器人设计论文摘要:并联机器人是一类全新的机器人,它具有刚度大、承载能力强、误差小、精度高、自重负荷比小、动力性能好、控制容易等一系列优点,在21世纪将有广阔的发展前景。
文中从运动副分析入手,对一种运动解耦的三自由度并联机构进行了构型研究,该机构由三个正交分布的支链组成,且机构的运动副均为转动副,构成了机构动平台x、y、z三个方向的平动解耦;在机构构型研究的基础上,对其进行了运动学分析,推导出了该并联机构的运动学正反解,分析了机构输入/输出的速度和加速度等,验证了该机构运动解耦的特性。
这对该机构的动力学分析、控制策略、机构设计和轨迹规划等方面的研究,具有一定的理论意义。
关键词:三自由度并联机构;并联机器人;设计;1.课题国内外现状及研究的主要成果少自由度并联机器人由于其驱动元件少、造价低、结构紧凑而有较高的实用价值,更具有较好的应用前景,因此少自由度的并联机器人的设计理论的研究和应用领域的拓展成为并联机器人的研究热点之一。
研究少自由度并联机构最早的学者应属澳大利亚著名机构学教授 Hunt ,在1983年,他就列举了平面并联机构、空间三自由度3-rps并联机构,但对四,五自由度并联机构未作详细阐述。
在Hunt之后,不断有学者提出新的少自由度并联机构机型。
在少自由度并联机构机型的研究中,三维平移并联机构得到广泛的重视。
clavel提出了一种可实现纯平运动三自由度Delta 并联机器人,在Delta机构的支链中采用平行四边形机构约束动平台的3个转动自由度。
Tsai提出的Delta机构完全采用回转副,并通过转轴的偏移扩大了Delta机构的工作空间。
在 Tricept并联机床上采用的构型是由 Neumann发明的一种具有3个可控位置自由度的并联机构,该机构的突出特点是带有导向装置,采用3个内副驱动支链并由导向装置约束动平台。
Tsai通过自由度分析提取支链的运动学特征,系统研究了并联机构的综合问题,特别研究了一类实现三自由度平动的并联机构。