并聯(lián)機(jī)器人工作空間、奇異特性及路徑規(guī)劃研究.pdf

1、機(jī)器人既是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的關(guān)鍵，也是改善人類生活的重要裝置。我國(guó)工信部大力推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人及服務(wù)機(jī)器人的發(fā)展，制定了《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016～2020年）》。相對(duì)于串聯(lián)機(jī)器人，并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、精度高、結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在并聯(lián)機(jī)床、運(yùn)動(dòng)模擬器等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，并聯(lián)機(jī)器人工作空間較小、工作空間內(nèi)奇異性復(fù)雜等缺陷也限制了其推廣和應(yīng)用。因此，相關(guān)理論的研究對(duì)改進(jìn)并聯(lián)機(jī)器人的性能、推進(jìn)并聯(lián)機(jī)器人的應(yīng)用具有重要意義。

2、
　　本文在國(guó)家自然科學(xué)基金“高鐵等超大型結(jié)構(gòu)寬頻聲振預(yù)報(bào)的混合能量流方法”(51675306)、“基于柔性變胞機(jī)構(gòu)的精密設(shè)備多維振動(dòng)的主動(dòng)控制研究”(51275275)和汽車仿真與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金“基于可重構(gòu)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的救護(hù)車減振擔(dān)架及其主動(dòng)控制研究”(20161112)的資助下，完成了對(duì)并聯(lián)機(jī)器人工作空間、奇異特性、免奇異工作空間、路徑規(guī)劃等問(wèn)題的研究。
　　第一，建立了一般六自由度并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)模型

3、，得到了一般六自由度并聯(lián)機(jī)器人的雅克比矩陣、位置逆解、速度逆解、加速度逆解以及主動(dòng)輸入力方程，并基于此對(duì)3RPR并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)及6/6型Stewart并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了推導(dǎo)。
　　第二，基于一般六自由度并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)方位和位置同時(shí)進(jìn)行離散的處理方法，提出了并聯(lián)機(jī)器人各類工作空間求解的普適性數(shù)值算法，并分析了算法的求解效率。基于提出的數(shù)值算法，對(duì)3RPR并聯(lián)機(jī)器人及6/6型Stewart并聯(lián)機(jī)器

4、人的工作空間進(jìn)行了求解。
　　第三，為準(zhǔn)確描述并聯(lián)機(jī)器人工作空間內(nèi)的奇異特性，引入了定方位奇異曲線、最大奇異曲線、絕對(duì)奇異曲線以及奇異概率的概念，研究了其物理意義，并給出了各類奇異曲線及奇異概率的圖示方法?；谠摲椒?，對(duì)3RPR并聯(lián)機(jī)器人及6/6型Stewart并聯(lián)機(jī)器人的各類奇異曲線及奇異概率進(jìn)行了求解。
　　第四，為解決實(shí)際工作過(guò)程中完全免奇異工作空間太小，而直接在最大工作空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)又無(wú)法保證一定可以進(jìn)行免奇異路徑規(guī)劃的

5、問(wèn)題，提出了并聯(lián)機(jī)器人連通免奇異工作空間的概念。引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中無(wú)向圖的理論，得到了連通免奇異工作空間的求解方法。基于該方法，對(duì)3RPR并聯(lián)機(jī)器人及6/6型Stewart并聯(lián)機(jī)器人的連通免奇異工作空間進(jìn)行了求解。
　　第五，引入數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中賦權(quán)圖的理論，對(duì)并聯(lián)機(jī)器人性能最優(yōu)路徑規(guī)劃的方法進(jìn)行了研究。采用隨機(jī)離散的處理方法，給出了計(jì)算并聯(lián)機(jī)器人按照性能最優(yōu)路徑運(yùn)動(dòng)所需最短時(shí)間的遺傳算法。最后，基于采用的方法，對(duì)6/6型Stewart并聯(lián)