六自由度液压伺服并联机械手设计【7张CAD图纸4A0+毕业论文】

六自由度液压伺服并联机械手设计

61页 21000字数+说明书+7张CAD图纸【详情如下】

六自由度液压伺服并联机械手设计说明书.doc

后缸盖A1.dwg

并联机械手总装配图A0.dwg

活塞A1.dwg

活塞杆A1.dwg

液压系统原理图A1.dwg

液压缸总装图A1.dwg

端盖A1.dwg

中文摘要

并联运动机构是新发展起来的一种机构，与传统串联机构相比，并联机构有结构简单、刚度高、动态性能好、速度快、可重构等优点，在运动模拟器、并联机器人、并联机床、微动器等领域有广泛的应用。

本六自由度液压伺服并联机械手是由动平台、固定平台、电液伺服控制子系统等组成，以液压缸为执行元件、以电液伺服阀为控制元件，来控制实现平台的各种动作。本文参照已有结构并结合ADAMS仿真软件对六自由度并联机械手进行了概念设计并讨论了对其运用牛顿迭代法进行运动学正解的过程。对于结构部分，本文主要对并联机械手的六自由度运动平台进行了设计，并建立了该系统的CATIA模型。六自由度并联机械手电液伺服子系统包括非对阵直线液压缸、电液伺服阀、位置传感器、D/A转换器、A/D转换器、控制电路及主控计算机等，本文主要对液压缸的结构，电液伺服阀及位置传感器的选择、安装，位置检测电路进行了设计。

关键词    并联机构  运动学正解  液压缸  电液伺服  位置检测

外文摘要

Title  New design for a 6-dof Hydraulic servo parallel Manipulator

Abstract

Parallel kinematics mechanism is a new developed mechanism ,compared with the traditional series mechanism ,it has simpler structure ,higher stiffness ,better dynamic performance and be faster ,and has a wide range of applications in the fields of motion simulator ,parallel robot ,parallel machines ,micro-actuators ,and so on.

This 6-DOF hydraulic servo parallel manipulator is composed of a mobile platform ,a base platform and electro-hydraulic servo control subsystem ,and takes hydraulic cylinders for the implementation of components ,electro-hydraulic servo valve for the control components to control the platform to achieve the various movements .This article has been reference to the existent structure and use the simulation software ADAMS to make a conceptual design of 6-DOF parallel manipulator, and discussed the process of it's kinematics positive solutions use the Newton's method .To the structure part ,this article mostly designed the 6-DOF movement platform of the parallel manipulator ,and established the CATIA model of this system .The electro-hydraulic servo subsystem of the 6-DOF parallel manipulator including non-symmetry linear hydraulic cylinder ,electro-hydraulic servo valve ,position sensor ,D/A transformer ,A/D transformer ,control circuit and control computer and so on .This paper mostly designed the structure of the hydraulic cylinders ,the choice and installation of the servo valve and the location sensors and the location detection circuit.

Keywords   Parallel mechanism    Kinematics positive solutions  Cylinder  Electro-hydraulic servo   Position detecti

目  录

第一章  绪论1

1.1  并联机构的提出1

1.2 并联机构的应用现状2

1.3 并联机构的研究展望6

第二章  并联机构概述及设计任务8

2.1  并联机构的特点8

2.2  并联机构的分类8

2.3  设计任务9

2.4  工作内容10

第三章   并联机构的概念设计及分析方法11

3.1  结构形式的选择11

3.2  驱动机构的选择12

3.3  自由度计算12

3.4   并联机构的位置分析方法13

3.5   并联机构的运动分析方法20

3.6   并联机构动力学分析方法20

3.7  平台结构参数的确定21

第四章  液压缸设计计算28

4.1  液压缸类型的选择28

4.2  液压缸安装方式的选择28

4.3  液压缸主要尺寸的确定28

4.4  液压缸的结构设计33

第五章   电液伺服系统总体方案设计36

5.1  系统组成36

5.2  电液伺服系统的构成36

5.3  六自由度运动模拟器位置伺服控制系统工作过程37

第六章   电气原理设计（液压缸位移检测电路）39

6.1  电气系统的基本组成39

6.2  电气系统主要元件的选择40

6.3  电气系统的设计42

第七章   液压伺服系统设计47

7.1  液压控制回路方案确定47

7.2  六自由度并联机械手液压控制回路的构成47

7.3  液压回路主要元件的选择48

毕业设计总结53

参考文献54

致谢56

1.3 并联机构的研究展望

近些年来并联机器人研究取得了一些进展,但仍有几个方面需要进一步研究。

(1)结合并联机构动力学、预报误差分布的形态、机构构型,探求一种机构尺寸全参数综合优化的设计方法,以获得机构最佳性能的科学结构尺寸。

(2) 加强位置正解的研究,寻求一种通用的解析算法,它是解决很多并联机构问题的关键,具有重要的理论与现实意义。

(3) 加强奇异位形的研究,尤其在避开奇异位形的方法上应着重通用性、实用性。奇异位形的判断对并联机器人无奇异路径存在性判断准则的建立、运动的可控性等方面具有十分重要的意义。

(4) 探求一种实用、简单的误差补偿及自动零位标定方法,找出所有单项误差与机构末端误差关系的解析表达式,有效破解机构误差的耦合性。

(5) 加强并联机器人动力学、弹性动力学的理论和试验研究,这些问题的解决将有利于并联机器人动力学性能的提高。

(6) 利用并联机器人并联特性,研究新的控制算法,降低运算时间,便于实时、在线控制。

(7) 加强并联机构构型的理论研究,对于并联机构应用的普及具有深远影响。

综上所述,并联机器人有着广泛的应用前景,是一种新兴的高技术,加强并联机构的理论研究与工程实践对于将这种高技术转化为生产力具有重要的意义。第二章  并联机构概述及设计任务

2.1  并联机构的特点

(1)与串联机构相比刚度大，结构稳定；

(2)承载能力大；

(3)微动精度高；

(4)运动负荷小；

(5)在位置求解上，串联机构正解容易，但反解十分困难，而并联机构正解困难反解却非常容易。

2.2  并联机构的分类

从运动形式来看，并联机构可分为平面机构和空间机构；细分可分为平面移动机构、平面移动转动机构、空间纯移动机构、空间纯转动机构和空间混合运动机构，另可按并联机构的自由度数分类：

（1）2自由度并联机构。2自由度并联机构，如5-R, 3-R-2-P (R表示转动副，P表示移动副)平面5杆机构是最典型的2自由度并联机构，这类机构一般具有2个移动运动。

（2）3由度并联机构。3自由度并联机构种类较多，形式较复杂，一般有以下形式:平面3自由度并联机构，如3-RRR机构、3-RPR机构，它们具有2个移动和一个转动;球面3自由度并联机构，如3-RRR球面机构、3-UPS-1-S球面机构，3-RRR球面机构所有运动副的轴线汇交空间一点，这点称为机构的中心，而3-UPS-1-S球面机构则以S的中心点为机构的中心，机构上的所有点的运动都是绕该点的转动运动;3维纯移动机构，如Star Like并联机构、Tsai并联机构和DELTA机构，该类机构的运动学正反解都很简单，是一种应用很广泛的3维移动空间机构;空间3自由度并联机构，如典型的3-RPS机构，这类机构属于欠秩机构，在工作空间内不同的点其运动形式不同是其最显著的特点，由于这种特殊的运动特性，阻碍了该类机构在实际中的广泛应用，还有一类是增加辅助杆件和运动副的空间机构，如德国汉诺威大学研制的并联机床采用的3-UPS1-PU球坐标式3自由度并联机构，由于辅助杆件和运动副的制约，使得该机构的运动平台具有1个移动和2个转动的运动(也可以说是3个移动运动)。

（3） 4自由度并联机构。4自由度并联机构大多不是完全并联机构，如2-UPS-1-RRRR机构，运动平台通过3个支链与定平台相连，有2个运动链是相同的，各具有I个虎克铰U, 1个移动副P，其中P和1个R是驱动副，因此这种机构不是完全并联机构。

（4）5自由度并联机构。现有的5自由度并联机构结构复杂，如韩国Lee的5自由度并联机构具有双层结构(2个并联机构的结合)。

（5）6自由度并联机构。6自由度并联机构是并联机器人机构中的一大类，是国内外学者研究得最多的并联机构，广泛应用在飞行模拟器、6维力与力矩传感器和并联机床等领域。但这类机构有很多关键性技术没有或没有完全得到解决，比如其运动学正解、动力学模型的建立以及并联机床的精度标定等。从完全并联的角度出发，这类机构必须具有6个运动链。但现有的并联机构中，也有拥有3个运动链的6自由度并联机构，如3-PRPS和3-URS等机构，还有在3个分支的每个分支上附加1个5杆机构作这驱动机构的6自由度并联机构等。

2.3  设计任务

1.设计六自由度新型液压伺服并联机械手，能够实现六个自由度运动。XY方向评议±200，Z方向平移±150，最大回转角度XYZ轴±15度；

2.设计六自由度并联机械手的液压伺服控制系统，并针对所设计系统运用运动正解结算确定机械手位置；

3.在一定的空间和运动范围考虑传感器布置，并设计并联机械手的执行元件；

4.设计控制系统伺服放大控制单元。

2.4  工作内容

1.设计六自由度新型液压并联机械手的结构、驱动原理、位移控制方法；

2.设计电液伺服的结构和控制原理及液压执行元件；

3.选择电气部分元件，设计驱动电路及位移检测电路；

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