空間三自由度并聯(lián)-混聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型、性能與若干應(yīng)用研究.pdf

1、隨著高等空間機(jī)構(gòu)學(xué)和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，以并聯(lián)機(jī)構(gòu)為理論依托的并聯(lián)機(jī)器人作為機(jī)器人技術(shù)的一個(gè)重要分支，對(duì)其理論和應(yīng)用的研究日趨活躍。盡管不少學(xué)者已經(jīng)對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、工作空間及奇異性等方面做了不同程度的研究，但是大部分工作仍然集中于以傳統(tǒng)的Gough-Stewart為代表的六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。由于大多數(shù)工業(yè)操作并不需要全自由度設(shè)備，比如機(jī)械加工領(lǐng)域五自由度已滿足要求，電子元件裝配的拾放操作只需四個(gè)自由度，因此工業(yè)界和學(xué)術(shù)界對(duì)

2、少自由度的新構(gòu)型并聯(lián)機(jī)器人的研究需要顯得日益迫切。而空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為少自由度構(gòu)型里最有發(fā)展前景的一類，對(duì)其構(gòu)型的研究將有利于推動(dòng)少自由度并聯(lián)機(jī)器人的深入發(fā)展和廣泛應(yīng)用。由于機(jī)構(gòu)的串聯(lián)或并聯(lián)從哲學(xué)觀念出發(fā)是對(duì)立統(tǒng)一的，混聯(lián)機(jī)器人將綜合兩者的優(yōu)點(diǎn)，在某些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合發(fā)揮作用，同時(shí)豐富機(jī)構(gòu)學(xué)研究的內(nèi)涵。本文以此為背景，深入研究了若干種空間三自由度并聯(lián)/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的新構(gòu)型，提出了幾種重要的性能指標(biāo)的建模及優(yōu)化方法，并就具體的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行

3、了有益的探索和挖掘。全文的主要研究工作概括如下： 研究了空間少自由度并聯(lián)/混聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化理論與方法，對(duì)并聯(lián)/混聯(lián)構(gòu)型下的三自由度機(jī)構(gòu)進(jìn)行了拓?fù)浞治?。闡述了性能優(yōu)化過程中采用的遺傳算法與徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的融合算法，把Pareto多目標(biāo)優(yōu)化的理論引入到基于并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型的多性能優(yōu)化中，給出了并聯(lián)機(jī)器人在一定幾何約束條件下的性能優(yōu)化的Pareto前沿集合。 基于一種新穎的Tripod并聯(lián)機(jī)器人機(jī)床(具有二個(gè)移動(dòng)自由度及一個(gè)轉(zhuǎn)

4、動(dòng)自由度，采用了平行四邊形機(jī)構(gòu)來增加三條支鏈的剛度)，提出了采用Jacobian矩陣的全局剛度表征方法，給出了全局剛度優(yōu)化的原理與結(jié)果。提出把并聯(lián)機(jī)器人多誤差源抽象成單一的假想誤差源，并基于一種進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。 探討了一種基于3SPS+RPR構(gòu)型，利用桿件和關(guān)節(jié)本身柔順性實(shí)現(xiàn)微動(dòng)操作的柔性混聯(lián)機(jī)構(gòu)，并運(yùn)用運(yùn)動(dòng)靜力學(xué)模型建立了主要性能指標(biāo)，對(duì)包括全局剛度、靈活性及操作能力在內(nèi)的多項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化。嘗試融合徑向

5、基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和混聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型求解其正向運(yùn)動(dòng)學(xué)模型數(shù)值解。 通過對(duì)一體化三維加速度傳感器以及仿土撥鼠救援機(jī)器人的研究，拓展并聯(lián)/混聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用的新視角?；谌怦畈⒙?lián)彈性體結(jié)構(gòu)的三維加速度傳感器因采用笛卡爾直角坐標(biāo)系結(jié)構(gòu)，三個(gè)方向的加速度通過三條支鏈上的彈性應(yīng)變分別測(cè)得，由于兩兩正交，在結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了多維加速度的自動(dòng)解耦。并對(duì)3RRPRR柔性并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型、各向同性等進(jìn)行了分析，對(duì)傳感器結(jié)構(gòu)尺寸變化下彈性體的應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行了有限