一种Delta型并联机器人的机构设计与分析

科技信息 。帆帧与电了o SCIENCE＆TECHNOLOGY玎师0RhnTION2011年第2l期 一种Delta型并联机器人的机构设计与 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 刘彦伯 (陕西国防工业职业技术学院机械系 陕西西安710302) I}奢要】提出了一种应用于产品包装的delta型并联机器人。该机构灵活高效．具有良好的运动和力传递性能。在运动过程中．四个支臂始 蚌保持空问平行四边形且末端执行器只有3个平动自由度。本文对其进行了整体结构设计、自由度分析、位1正解反解的计算。为谊机构的应 用打下了基础。 【关■词】并联机器人；自由度；位置反解；位置正解 D鹊ignandA聃l删softheStru咖nofAParalIeI跏botC8ll耐mh LrUYan-t柚‘ (DepartmentofM∞llanjc，Sm呲一ln哗ute“1∞hnolo鲥，Ⅺ’柚铀amlxi，7lO如2) ‘A豫州】Ofkri“ga(IeltakindofpamIlelroI_'otuBedforpackingo弧iBmachinestructu陀c明deIivermotion柚dpower☆eIl，whichisnexib】e 蛐ded‰tive。Its’fourhandsnlwayske8pthepo∽of岬lleJo旷硼in’sp址edufjngth8processofmovirIgwhiletheende丘ktwofIlyh鼬tIII傥 fjeed锄Bint舢slationaldegree。Thcdesig；IlofwholestnIctu他、analysisoffjeedom、normal锄dinver眈∞lutionofp∞iti鲫areaccompli8hedintIIi8 article，舶thefoundationforits’applicationinfuture。 【Key帅rds】nLraJlelmboI；Freedom；Positionalsolution；P08itioninver驼∞lution 0引言 并联机器人相对于目前广泛应用的串联机器人来讲。具有刚度 强、精度高、自重负荷比小、速度高等显著的优点；但也有其不足之处． 如同样的结构尺寸．并联机器人的‘r=作空间小．存在杆件空间的干涉、 奇异位置等问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，结构设计理论分析复杂。由于并联机构动力学特性 具有高度非线性、强耦合的特点，使其控制较为复杂。总体来讲，并联 机器人与串联机器人构成互补的关系，扩大了整个机器人的应用领 域。并联机器人机构多种多样，(：lavel提出了一种称为Delta的三维移 动机构。Delta机构是最典型的空『fj】—自由度移动的并联机构，大多数 空间三自由度并联机构都是从f)ella机构衍牛时。Delta机器人是一种 具有3个平动自由度的高速并联机器人．也是商业应用最成功的并联 机器人之一。目前．并联机器人广泛成用于飞行器对接、外科手术和数 控加工等众多领域。食品制药领域辫遍采用流水线生产．个别产品包 装环节还离不开入二『：操作。由于环境复杂、产品特殊，传统机构很难满 足灵活高效的要求，而并联机构红这些场合能充分发挥其优势。本文 主要针对包装堆垛机器人的机构设汁进行探讨和分析。 1 机构介绍 根据包装堆垛机器人的动作要求可知delta型机器人即可满足要 求。由于结构Ifl有窄n日平行四边形存在．限制r机构的三个转动自由 度．仅仅留下三个平动自由度。于是设计了如下的并联机器人，如图 l—l所示。 图1—1 并联机器人的整体结构 机构的特点如下： (1)并联机器人采用【|!Il臂x寸称结构．每个臂为串并混联分支。 (2)四个伺服电机和减迷器，安装在J：平台上二．主要的质詹和惯性 集中在上部，末端执行器ll】八杆枉I连．惯性小，速度快，效率高。 (3)上平台为箱武结构，征牟f{体的内部町以安放驱动电路、控制电 路等。 (4)末端执行器dI八柑：球饺联接．安装电控吸盘．用于抓取物体。 (5)球饺由弹簧拉紧．． (6)上平台为t}『轮山条机构．实现机；I{}人整体移动。目的是扩大井 联机器人工作范围，也可根据情况不使用。 此机构在运动过程中，末端执行器只有平动自由度。没有转动自 由度。 2自由度分析 在自由度的分析中，一般涉及闲置自由度、冗余自由度、过约束、 公共约束等问题。对较复杂的并联机构自由度分析。一般用螺旋理论 进行分析。deha型并联器人，在运动过程中，四个支臂始终保持空间 平行四边形。根据螺旋理论分析末端执行器运动，可知螺旋系约束了 绕三个轴的转动，说明此机构只有三个方向的乎动自由度，没有转动 自由度。 d=di，n只=3 带人末端执行器的自由度 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 ．得： 肘=6一d=6—3=3(三个平动自由度) 3位置分析 经过自由度的分析．原机构可简化为以下形式．如图3一l所示 圈3_1机构化简圈及坐标建立 3．1 位置反解 位置的反解就是已知末端执行器的位置，求解各个驱动关节的转 角。由分析得．连杆向量的范敷为 l峨IJ2=I峨J12=¨S¨2=¨只％：f 可以得到以下方程组： (t+c一．口一6coBpI)2+(以)2+(j。一68in—1)2：f2 (t一(c一口一6c∞岛))2+(扎)2+(t一68in岛)2=f2 (‘)+(儿一(c一口一6coB以))+(=。一6sin吼)=Z 2 2 2 2 (#。)2+(yr+c一口一6coB吼)2+(z。一6Bin吼)2=f2 125 万方数据 2011年第2l期S伽喇既&砸妇狲0眦珊附甑州∞No机械与电子。科蛐■ 为各个分支转角佛慝式方程 ． 令‘锄啦睾。带人上述方程组，得到 墨‘+珥毛+l=o(扛l。2，3，4) 解得I‘：坐挚 因此．转角为 B-2舢协n(I‘) 得到反解的显示计算公式。 其中。最。：(t+c一)2矗‘+62-f2+26(t+c吨) Ul—4bi。 y。彳一(气托。)2芸之-62+26(t+c_口)ylj一(气托q)—以—《-6+26(t+c_口) 丘：f2之之一62一(咒-c托)2+26(咒．c+口) “2；46t y：=f2一(扎_c似)2‘之-62—26(yf_c+d)y2=f一(扎_c似)—气·t-6—26(yf_c+d) 毛J2芸之-62一(≮．c佃)2+26(‘-c+口)毛=f1一-6一(≮．c佃)+26(‘-c+口) 以=铀=。 n0一(t。+o)2彳之一62—26(t-c+口)n：f一(t1+o)—咒—t一6—26(t-c+口) ‘《+￡+627+(yc+cq)2+26(yc+c．8) cJ：．=—铀：。 n：(咒+c．口)2托：蠢+62一f2一筋(咒+c吨)n=(咒+c．口)+≮+《+6一f一筋(咒+c吨) 3．2位置正解 位置的正解就是在已知巩。巩，岛，巩，其中任意三个的情况下，求解 目标执行器的位置，也就是求解(‰，*，：。)坐标值。上述方程组为三元 二次方程．此方程组求解一般比较困难，可以采用最小二乘法，求得位 置的数值解。数值解法的优点是：数学模型的建立相对容易．并且省去 了繁琐的效学推导；可以求解任何的并联机构，并立即进行位置分析 和后继的研究工作。应用比较方便。 根据分析．可得效值求解的数学模基为： 二2 r 2 F(毛。扎。磊，巩)：乞(1‘一S墨) 数值解法即求解上式为极小时，平台的位姿参数及一个分支转 角。可以利用MAlL^B缩程计算散值解。 4正解与反解的MATU旧计算 在进行散值计算以前，首先给出并联机器人的机构参数、以及选 择的运动规律参数。如表4_l、表扣2所示。 裹4-1并联机■人结构◆矗 参效名称 参敦数值(单位；m) 同定盘半径 - 025 执行嚣平台半径c o．∞ 内臂臂长 b 们 外臂霄长 l l 裹4一．2并联机■人位姿参歙 参敦名称 参藏致值 四内霄转角包 (一手号) Z的值正负 去掉负值解。保■正值II(负值实际中不可麓出现。) 壕饺约束角 6护 吸! 栅硒(器¨ ． Pojsin(器‘) 脚．5m毓(缶t) 利用MAⅢ．AB编制反解计算程序得蓟驱动关节的位置曲线．如 图4-1所示． ‘ 圈4—1驱动关节位置曲线 利用砸A砸．^B进行正解计算。如表4-3所示： 襄年13并联机叠人正解计算实饲 驱动关节输入(md) 执行嚣■出(m) 巩 如 岛 以 (*．yJ) l O．512305123O．5123Ojl23 (o．∞∞且∞∞。1．O∞∞ 2 o．∞15 m062-0．嘶2 0．∞15 伸∞∞．加．加∞：o．B∞o) 3 o．2 O．45 l _0．5838 m艏田冉舶56．0册3) 4 O．35 1．2 —1．5 1．7162 (o．1铊l，_O．8251．o．3l叨 5结语 通过对包装堆垛机器人的整体结构设计、自由度分析、位置正解 反解的计算。基本验证了在食品医药的流水线生产环节使用这种 Ddta型并联机器人的可行性并对其机构设计进行了探讨和分析。这 种包装堆垛机器人灵活高效具有良好的运动和力传递性能，既满足了 要求又具有一定的应用前景。此外．本文还研讨了并联机构的设计分 析方法，为并联机构的研究提供了一些思路。口 【参考文t】 [1】黄真。赵永生，赵铁石．高等空间机构掌【Ml北京；膏●蕞育出版社．2∞6． [2]陈红亮．罗玉峰．街廷力．对称三自由度并联机■人拓扑结构壅综合与分类 Ⅱl农业机麓学报。撇(1I [3】陈继尉。羽辛军．一种空问3自由度并联机拇的奇异性分析们．机械设计与研 究，2∞州8)． [4】刘辛军．汪劲耘．一种空同3自由度并联机嚣人的工作空闻和转动能力分析 田．自然科学进展，∞晒圆． 作者■介：捌彦循(198}一)．．蓐。姨西^阳人．■簟．主要从事机．I谩计与■ 造方面的麓荦和研宽工作。 【蠢任■辑：■啊啊】 万方数据 一种Delta型并联机器人的机构设计与分析 作者： 刘彦伯， LIU Yan-bo 作者单位： 陕西国防工业职业技术学院机械系 陕西西安710302 刊名： 科技信息 英文刊名： Science & Technology Information 年，卷(期)： 2011(21) 参考文献(4条) 1.黄真;赵永生;赵铁石 高等空间机构学 2006 2.陈红亮;罗玉峰;杨廷力 对称三自由度并联机器人拓扑结构型综合与分类[期刊论文]-农业机械学报 2008(01) 3.陈继刚;刘辛军 一种空间3自由度并联机构的奇异性分析 2004(08) 4.刘辛军;汪劲松 一种空间3自由度并联机器人的工作空间和转动能力分析[期刊论文]-自然科学进展 2005(02) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjxx201121419.aspx