科研项目(教研项目)结题报告

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结题报告两转动自由度完全解耦并联 机器人开发项目组成员：刘华 郭志建 张杰 指导教师：侯雨雷 曾达幸2012.10.06

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研究内容简介项目研究内容为两 转动自由度完全解 耦并联机构，这种 机构由一个动平台、 一个静平台和三个 支链组成。该机构 由四连杆机构演化 而来，对其进行了 自由度、空间位置、 工作空间等机构运 动学分析。结 题

报 告 2

2012-12-1

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工作计划起止日期 主要研究内容2009.01—03 查阅资料、方案设计、机构型综合2009.04—07 机构运动理论分析、软件仿真研究 2009.08—01 机构样机研制开发 2010.01—03 样机实验研究 2010.04—05 填写结题表，撰写研究论文结 题 报 2012-12-1 告 3

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已经完成的工作查阅资料并已综合出了一系列的两转动自 由度完全解耦并联机构 使用SolidWorks绘制了系列的其中U-RRUSPU机构的三维图形，并以此进行了仿真研 究 完成了对U-RRU-SPU机构的自由度分析，动 平台位置正解和反解、工作空间的分析

结 2012-12-1

题 告

报 4

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项目的创新点创新之处在于机构的并联解耦。– 并联机构相对于串联机构来说具有良好的刚度 和更高的精度。 – 完全解耦并联机构与传统并联机构相比，具有 运动学和动力学分析容易、控制简便等优点， 且机构的解耦有利于提高机构运动精度，各分 支相互独立、互不影响，使机构组装容易。

U-RRU-SPU机构正好结合了两者。结 2012-12-1 题 告 报 5

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项目研究取得成果综合出了一系列的两转动自由度完全解耦 并联机器人 U-RRU-SPU; U-RRU-SPS; U-RRS-PSS; U-RRU-RSU; S-RRU-SPU; S-RRU-SPS; S-RRS-PSS; S-RRU-RSU对U-RRU-SPU机构进行了分析结 2012-12-1 题 告 报 6

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项目研究取得成果绘制出了其中U-RRU-SPU机构的三维图形zE

x

A

o

m

y

B

L3

L1 C Z L2

L

F O X Y D

7

结 2012-12-1

题 告

报 M

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项目研究取得成果计算机构的自由度由 Kutzbach-Grü bler 修正式算得自由度：DOF d ( n g 1) f i 6(6 7 1) 12 2 0 2i 1 g

其中： n 为构件数；g

为运动副数； 为第 i 个运动副自由度数；

f

i

为冗余自由度数； 为消极自由度结 题 告 报 8

2012-12-1

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项目研究取得成果上平台位置正解一2 2 2 L3 m H M L2 cos ) arctan( ) 1 arcsin( 2mH L1 L2 sin 2 2 2 L3 m H M L2 cos arcsin( ) arctan( ) 2 2mH L1 L2 sin

(正解

其中 H 2012-12-1

( M L 2 cos )结 题

2

( L1 L 2 sin )报 告

2

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项目研究取得成果上平台位置正解二 β1 β 2 L 2 3(m 2 M 2 ) (mcosα M) 2 (2L msinαs2 4L2

1 arccos 1 2 2 2m 9M 3(Mcosα 2L1cosαo Msinα 2L1cosα arctan 3M L 2 3(m 2 M 2 ) (mcosα M) 2 (2L msinαs2 4L2 1 arccos 1 2 2 2m 9M 3(Mcosα 2L1cosαo Msinα 2L1cosα arctan 3M

(正解二)

其中 H ( M L 2 cos ) ( L1 L 2 sin )2

2

结 2012-12-1

题 告

报 10

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项目研究取得成果上平台位置反解一对四连杆 ABCD 分析：

M L2 cos m cos L3 cos L1 m sin L2 sin L3 sin 解得：2 2 2 T L2 L3 M m cos 1 arcsin( ) arctan( ) 2 L2T L1 m sin 2 2 2 T L2 L3 M m cos 2 arcsin( ) arctan( ) 2 L2T L1 m sin

(1)

(2) (反解一)

2 2 其中： T ( M m cos ) ( L1 m sin )

结

题

报

2012-12-1

告

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项目研究取得成果上平台位置反解二1

3 3 3 m M 2 2 2 ( M m cos ) ( m sin sin cos ) 2 2 2 2 2 L 3 m 2 ( L1 m cos sin sin ) 2 2

(反解二

结 2012-12-1

题 告

报 12

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项目研究取得成果机构的运动空间U-RRU-SPU 并联机构输出参数之一

在不考虑驱动器与各连杆间干涉时，其变化范围

为 0 到 2 。主要关注另一个输出参数 与其它几何参数 m , 关系。为了进一步研究方便，我们将以上几何参数比例化。

M

,

L1 , L2 , L3 等的

m1 其中： R m L2 L3 L4 4

m R

, l2

L2 R2

, l3

L3 R

, l4

L4 R

2 , L 4 L1 M

m1 , l 2 , l3

和

l4 约束条件为：

m1 l 2 l 3 l 4 4 , 0 m1 , l 2 , l 3 , l 4报 2 结 题2012-12-1 告 13

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项目研究取得成果matlab绘制出上平台的 工作空间图2 1.8 1.6 1.4 1.2 l2l2 1

20 30 36 0 0 5 0 0

15 0 10 0 10 0

5 0 5 0

10 0 15 0 10 0 5 0

20 36 0 0 15 0 10 5 0 0 5 0

2 1.8 1.6 1.4 1.2

5 0 5 0 5 0

l2

1

5 10 0 0 15 0 20 25 0 30 0 36 0 0 20 0 5 15 0 0 10 0

25 30 0 0 36 0 10 0 10 0 20 0 15 0 10 0 5 0

0.8 0.6 0.4 0.2 0 0.5

0.8 0.6 0.4 0.2

5 0