6-SPS型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的研究.pdf

1、微定位系統(tǒng)和并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)是當(dāng)今科學(xué)研究和工程應(yīng)用領(lǐng)域新的熱點(diǎn)。微驅(qū)動(dòng)技術(shù)與并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)交叉結(jié)合所產(chǎn)生的微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人已經(jīng)成為一個(gè)熱門課題，應(yīng)用領(lǐng)域主要有空間技術(shù)、光學(xué)工程、微機(jī)械裝配、醫(yī)療科學(xué)與生物工程、航天航空等。
　　本文研制出了壓電陶瓷直接驅(qū)動(dòng)的、彈性鉸鏈傳動(dòng)的6-SPS型微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)集精密機(jī)械、驅(qū)動(dòng)和測(cè)量反饋技術(shù)于一體，實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、檢測(cè)一體化的設(shè)計(jì)，具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度大、頻響高等優(yōu)點(diǎn)，并可實(shí)現(xiàn)

2、納米級(jí)的定位精度。
　　針對(duì)微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的特點(diǎn)，采用微分的方法對(duì)6-SPS型微動(dòng)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了深入的分析。揭示出微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的特征矩陣為常數(shù)矩陣，推導(dǎo)出的微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的輸入輸出位移方程、速度方程、加速度方程均具有顯式的表達(dá)形式，其轉(zhuǎn)換矩陣均為常數(shù)矩陣，僅與微動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和初始姿態(tài)有關(guān)，而與運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)，簡(jiǎn)化了微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。分析了影響微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的工作空間的因素，利用極限邊界搜索法確定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)

3、空間，并分析了桿長(zhǎng)、桿長(zhǎng)伸縮量、鉸鏈外接圓半徑、鉸鏈分布點(diǎn)等參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)空間的影響，為并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
　　應(yīng)用并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)學(xué)理論，針對(duì)6-SPS型微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人彈性鉸鏈支撐的特點(diǎn)，充分考慮彈性鉸鏈的彈性反力/力矩，對(duì)6-SPS型微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行靜力學(xué)分析，并轉(zhuǎn)化為用影響系數(shù)表示的矩陣方程。通過(guò)靜剛度分析推導(dǎo)出微動(dòng)平臺(tái)剛度矩陣，建立了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和系統(tǒng)模態(tài)矩陣，計(jì)算出系統(tǒng)的固有頻率。
　　進(jìn)行了6-SPS

4、型壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，選擇了驅(qū)動(dòng)元件并分析了壓電陶瓷的特性，分析了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型形式和各自的適應(yīng)性；對(duì)柔性鉸鏈進(jìn)行了理論建模和有限元分析，確定了柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)尺寸和材料，設(shè)計(jì)了機(jī)構(gòu)布局方式，在此基礎(chǔ)上利用有限元分析和運(yùn)動(dòng)仿真軟件對(duì)整個(gè)實(shí)體模型進(jìn)行了靜力學(xué)有限元分析和運(yùn)動(dòng)空間分析，以確定是否達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。設(shè)計(jì)了集驅(qū)動(dòng)、傳感檢測(cè)、閉環(huán)控制于一體的壓電陶瓷閉環(huán)控制器，采用數(shù)字PID控制方法對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行閉環(huán)控制。
　

5、　對(duì)微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)范圍、分辨率、重復(fù)定位精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試，并對(duì)比分析了壓電陶瓷在開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式下對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)精度的影響。分析了影響6-SPS型微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人誤差來(lái)源，建立了驅(qū)動(dòng)桿長(zhǎng)、上下平臺(tái)鉸鏈空間位置與末端輸出的位姿誤差模型，利用閉環(huán)測(cè)量反饋進(jìn)行了誤差補(bǔ)償試驗(yàn)，取得了良好的效果。
　　最后，采用所研制的6-SPS型微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人建立了單模光纖耦合系統(tǒng)，提出了一種基于機(jī)器視覺(jué)的宏微結(jié)合的光纖耦合對(duì)接作業(yè)方法