3自由度工业机器人（外文翻译）

3.0 闻远设计 2023-09-29 37 4 182.05KB 10 页 15光币

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动态优化的一种新型高速，高精度的三自由度机械手①

彭兰（兰朋）②，鲁南立，孙立宁，丁倾永

(机械电子工程学院，哈尔滨理工学院，哈尔滨 150001，中国)

( Robotics Institute 。 Harbin Institute of Technology ， Harbin

150001，P。R。China)

摘要

介绍了一种动态优化三自由度高速、高精度相结合，直接驱动臂平面并联机构和线

性驱动器，它可以提高其刚度进行了动力学分析软件 ADAMS 仿真模拟环境中，进行仿

真模拟实验.设计调查是由参数分析工具完成处理的，分析了设计变量的近似的敏感性，

包括影响参数的每道光束截面和相对位置的线性驱动器上的性能 .在适当的方式下，模

型可以获得一个轻量级动态优化和小变形的参数。一个平面并联机构不同截面是用来改

进机械手的.结果发生明显的改进后的系统动力学仿真分析和另一个未精制一个几乎是

几乎相等.但刚度的改进的质量大大降低，说明这种方法更为有效的。

关键词: 机械手、 ADAMS、优化、动力学仿真

0 简介

并联结构机械手（PKM）是一个很有前途的机器操作和装配的电子装置，因为他们

有一些明显的优势，例如：串行机械手的高负荷承载能力，良好的动态性能和精确定

位的优点等. 一种新型复合3一DOF臂的优点和串行机械手，也是并联机构为研究对象，

三自由度并联机器人是少自由度并联机器人的重要类型。三自由度并联机器人由于结构简单，控制

相对容易，价格便宜等优点，具有很好的应用前景。但由于它们比六自由度并联机器人更复杂的运

动特性，增加了这类机构型综合的难度，因此对三自由度并联机器人进行型综合具有理论意义和实

际价值。本文利用螺旋理论对三自由度并联机器人进行型综合，以总结某些规律，进一步丰富型综

合理论，并为新机型的选型提供理论依据，以下对其进行阐述。

如图-1所示机械手组成的平面并联机构(PPM)包括平行四边形结构和线性驱动器安

装在PPM.两直接驱动电机c整合交流电高分辨率编码器的一部分作为驱动平面并联机械

装置.线型致动器驱动的声音线圈发动机.这被认为是理想的驱动短行程的一部分.作为

一个非换直接驱动类，音圈电机可以提供高位置敏感和完美的力量与中风的角色，高

精密线性编码作为回馈部分保证在垂直方向可重复性。

另一方面，该产品具有较高的刚度比串行机械手，因为它的特点和低封闭环惯性转

矩。同时，该系统可以克服了柔性耦合力学弹性、齿轮、轴承、被撕咬支持，连接轴和其

他零件，包括古典驱动设备，因此该机械手是更容易得到动力学性能好、精度高。

图-1 3自由度的混合结构的机械手

当长度的各个环节的平面并联机时，构决定于运动学分析和综合[4-7]，机械优化设

计的首要任务，应加大僵硬、降低质量.关于几个参数模型.这是它重要和必要的影响，

研究了各参数对模型表现以进一步优化。本文就开展设计研究工具，通过参数分析亚当

斯，又要适当的方式来获得一个轻量级的优化和小变形系统。

1 仿真模型

ADAMS(Automatic Dynamic Analysis 0f Mechanical System)自动机械系统动力学

分析是一个完美的软件，对机械系统动力学模拟可处理机制包括有刚性和灵活的部分，

仿真模型可以创造出机械手的亚当斯环境如图-2。OXYz是全球性的参考帧，并OXYz局

部坐标系，两个直流驱动电机、交流和02M O1A表示，与线性驱动器CH被视为刚性转子

转动惯量电机传动的120kg/cm2。大众的线性驱动器是1.5kg，连接AB、德、03F和LJ被视

为柔性体立柱、横梁GK，通用公司和公里，形成一个三角形，也被当作柔性传动长度的

链接是决定提前运动学设计为AB =O3F = 7cm，DE=IJ=7cm，GK= 7cm，GM =11.66cm， =

8.338cm。其它维度，这个数字是01A = 02M =7cm，CB=CD=HJ 2.5cm。EF=EG=JK= 3cm。

虽然总平面并联机构的运动都是在水平、垂直和水平刚度必须在竖向刚度特征通常

低于水平僵硬，因为它的角色在垂直悬臂梁的截面尺寸计算每一束平面并联机构和相

对位置的线性驱动器是两个非常僵硬的影响因素的系统。

运动支链可分为三类："主动链（由驱动器赋予确定独立运动的支链。一般是单驱动

器控制一个自由度的运动），从动链（不带驱动器、被迫作确定运动的支链。又分为以

下两种：约束链：独立限制机构自由度的从动链。冗余链：重复限制机构自由度的从动

链）复合链（有单驱动器、但限制一个以上的机构自由度的支链，实际是主动链与约束

链的组合）-并联机构是由这几种支链用不同形式组合起来的。动链中的约束链除了可

以提高机构刚度和作为测量链外，其更主要的作用是用来约束动平台的某一个或几个

自由度，以使其实现预期的运动。

图-2 仿真模型

2 仿真模拟结果

在本节中，平均位移的末端是用来描述动态刚度，这是在不同的配置在不同的线性

驱动器向前，从最初的位置的目的地，一般的竖向位移的机械手是作为目标来研究竖

向刚度，平均差别的横坐标、纵坐标点之间有一个刚性数学模型，模型，作为目标来研

究水平刚度。

并联机器人的构型设计即型综合是并联机器人设计的首要环节，其目的是在给定所

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动态优化的一种新型高速，高精度的三自由度机械手①彭兰（兰朋）②，鲁南立，孙立宁，丁倾永(机械电子工程学院，哈尔滨理工学院，哈尔滨150001，中国)(RoboticsInstitute。HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，P。R。China)摘要介绍了一种动态优化三自由度高速、高精度相结合，直接驱动臂平面并联机构和线性驱动器，它可以提高其刚度进行了动力学分析软件ADAMS仿真模拟环境中，进行仿真模拟实验.设计调查是由参数分析工具完成处理的，分析了设计变量的近似的敏感性，包括影响参数的每道光束截面和相对位置的线性驱动器上的性能.在适当的方式下，模型可...

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