并联机器人开题报告

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！目录12课题的背景和来源..............................................11.1课题背景.....................................................11.2课题来源....................................错误！未定义书签。国内外研究现状和发展趋势......................................12.1国外研究现状...............................................12.2国内研究现状...............................................134课题研究的目的和意义..........................................2主要研究内容..................................................24.1总体方案...................................................24.1.1设计要求...................................................24.1.2欠驱动手腕方案一...........................................34.1.3欠驱动手腕方案二...........................................64.1.4欠驱动手腕方案三...........................................85研究方法......................................................95.1位姿描述.....................................................95.2运动学分析...................................................95.3动力学分析...................................................95.4仿真分析....................................................1067时间进度安排.................................................10参考文献.....................................................11三自由度欠驱动机器人手腕的设计与分析1由于多关节机械手臂具有常规机器人所不具有的特殊性质(比如进入一个窄小的空间进行工作，并且能够有效地避开障碍)而引起许多学者的兴趣，但是对PUMA750U-80机器人，还有斯坦福机器人Scheinman等。然而对于一个长而且较重的多关节机械手臂，关节机械手臂是很难实现的。人手腕。2欠驱动系统是一种利用少于自由度数目的动力源来驱动机械装置的系统。自1991年Oriolo证明欠驱动系统非完整性定理之后，欠驱动机器人开始得2003年Laliberte和Gosselin等人研制了一高欠驱动的机械手，该机械手由3个三节手指构成，并作为国际空间站中加拿大机械手臂的末端执行器。2004年Carrozza等人研制了另一高欠驱动的机械手SPRING，该机械手由3个三节手指构成，通过肌腱驱动。2004年清华大学研制出了欠驱动机器人手指，可以小范围的抓取各种形状1的物体[2]。2007年上海交通大学研制出了肌电控制欠驱动仿人假肢手[1][3]。2005年武汉理工大学谭跃刚等人利用摩擦盘和摩擦轮的性质设计了一种欠驱动机械手[4],摩擦传动的局限性，该机械手控制精度较低。精度较低。而基于欠驱动原理的机器人手腕未见报道。3实践意义。4（1）欠驱动手腕的方案设计与结构设计；（2）欠驱动手腕的自由度分析，运动学和动力学分析（研究手腕末端输出（3）运用ADAMS对欠驱动机器人手腕进行了运动学和动力学仿真，运用ADAMS对欠驱动机器人手腕进行了可控性仿真。运用MATLAB对欠驱动机器人手腕进行运动学验证、工作空间分析和误差分析；4.1.1设计要求腕关节由桡腕关节、腕骨间关节和下尺桡关节及腕掌关节组成,如图4-1所示。主要作用使腕背伸、屈腕及前臂旋转，如图4-2所示。2图4-1腕关节的组成图4-2腕的三个作用人类完成手工劳动具有非常重要的作用。由于灵活性是机器人性能的重要指标，它是指机器人末端的参考点(通常是手腕坐标系的原点)在工作空间内某一点时，三自由度手腕的驱动方式均采用三个驱动源驱动，因此机构复杂，灵活性较差。针对上述问题，提出以下设计要求：自由度数：3个；驱动源个数：2个；额定负载（含末端执行器）：2kg；总体积：；总重：5kg。本章接下来提出三种欠驱动机器人手腕结构方案，并分析其优缺点。4.1.2欠驱动手腕方案一三自由度欠驱动机器人手腕方案一为一兼容机构。图4-34-44-5是图2-4的仰4-6是图4-44-7是图4-4的A-A4-8是图4-7的B-B剖视图，图4-9是图4-8的C-C剖视图，图4-10是方案一的滑动导轮装置（图4-7的D-D剖视图），图4-11是方案一的固定导轮装置（图4-7的E-E剖视图）。在图4-3至图4-11中：a、c、d、e、g是固定导轮部件，b、f是滑动导轮部件。1箱体，2末端连杆，3旋转连杆，4大螺母，5导轮，6拉伸弹簧一，7压缩弹簧，8拉伸弹簧二，9滑动导轮轴，10滑槽，11滑动导轮轴套，12滑动导轮，13小螺母，14绳子一，15绳子二，16绳子三，17关节轴，18固定导轮轴,19电机,20丝杆,21螺母套筒。下面采用基于约束螺旋的自由度计算原理和方法[50]。自由度计算公式：3gMd(ngfvii为机构的自由度；为构件的数目；为运动副数目；为第个运动副fMngii的相对自由度；为多环并联产生的冗余约束；为局部自由度。是机构的阶，vd，是机构的公共约束。d6取Z轴与重合，则3个螺旋可表示为：S1：（100；000）S1：（010；000）S2：（000；010）S3观察可得3个反螺旋：：（101；001）Sr1：（100；000）Sr2：（001；000）Sr3可知该机构有3公共约束，3gn,g,fv0ii1由此可得机构自由度：M(63)(323003因素，所以该机构精度较难保证。4g23fdecab图4-3方案一的机构简图AA21图4-4方案一正面外观图图4-5图4-4的仰视图A4a14151232BB1876图4-6图4-4的左视图图4-7图4-4的A-A剖视图2gf1B-BC2g143e15decbfd1a3cC171b图4-8图4-7的B-B剖视图图4-9图4-8的C-C剖视图51D-DE-E1951814或1513图2-10方案一的滑动导轮装置图2-11方案一的固定导轮装置4.1.3欠驱动手腕方案二三自由度欠驱动机器人手腕方案二为一兼容机构。图4-124-134-14是图4-134-15是图4-13的A-A4-16是图4-13的B-B4-17是图4-16的C-C4-184-17的D-D在图4-12至图4-18中：1末端连杆，2箱体，3拉伸弹簧一，4绳子一，5导环一，6拉伸弹簧二，7绳子二，8导环二，9球副座，10滑动导环一，11滑槽一，12导环三，13拉伸弹簧二，14滑槽二，15滑动导环二，16绳子三。方案二的核心是一个球铰链机构。具体的包括带有输入端和输出端的箱体、运动。相比方案一，方案二的结构上比较简单，精度较好控制。66345713O8910图4-12方案二的机构简图1221图4-13方案二正面外观图图4-14图4-13的俯视图123637564871152914121311图4-15图4-13的A-A剖视图图4-16图4-13的B-B剖视图7D-D71114或24或71015或7或164图4-17图4-16的C-C剖视图图4-18方案二的滑动导环装置4.1.4欠驱动手腕方案三4-19型为一种三自由度球面机构，又称为机构，因为该机构具有三个分支，每个分支具有三个旋转副和两个连杆（l，一个定分别表示第分支和第个连杆）i,jijij平台和一个动平台。该机构三个分支分别间隔120°均匀分布在定平台和动QP自由度运动。旋转副旋转副32LL31连杆L2212OLL21连杆11旋转副分支Q图4-19三自由度欠驱动机器人手腕机构简图8差，灵活性好。55.1位姿描述包括大地坐标系、基坐标系、工件坐标系、和工具坐标系等。所以，搞清楚坐标系之间的变换关系是十分重要的。确定。5.2运动学分析当已知所有的关节变量时，可用正运动学来确定机器人末端执行器的位姿。用逆运动学来计算出每一关节变量的值，使机械手末端执行器放置在期望的位用这些方程来计算关节值，并以此来运行机械手到达期望的位姿。欠驱动机器人手腕的运动学分析的目的在于得到驱动器输入量与手腕末端输出量之间的关系。求解机器人的逆运动学问题所建立的方程可以直接用驱动器驱动机器人到它们驱动机器人到达期望位置。5.3动力学分析节位移、速度、加速度（动力学正解问题）已知机械手的关节位移、速度、加速9系统的方程主要有Routh方程、Mac-Millan方程、VolterraNielsen方程、Appell方程、Maggi方程和Kane方程等[20]。根据R,通过划分惯量矩阵M自然使得欠驱动机械系统的欧拉-拉格(q)m朗日方程可以表达成为[27]:(3)M(q)qM(q)qH(q,q)0121(4)M(q)qM(q)qH(q,q)122其中H(3)为机械系统的欠驱动子i系统,式(4)(4)还可以表示成一个二次动力学方程:(5)(q,q,q)0如果不存在函数满足,那么式(5)称为一个二次非完整约束,(q,q,q)或者非完整加速度约束[27]。作为参考。5.4仿真分析学模型是非常困难的。采用虚拟技术对机械手进行动力学仿真和控制系统仿真，手的研发效率和可靠性。可以运用Adams、Recurdyn或者Matlab等软件对该欠该手腕做准备。62010年1月-3月2010年4月-6月欠驱动机器人机械结构方案的设计进行运动学与动力学分析102010年7月-10月2010年11月-2011年1月2011年3月进行仿真分析撰写论文答辩7[1]茅一春.肌电控制欠驱动仿人假肢手的设计[D].上海：上海交通大学.2007:[2]张文增，陈强，孙振国，徐磊.高欠驱动的拟人机器人多指手.清华人学学报(自然科学版)2004,44(5):597-600.[3]张文增，陈强，孙振国，徐济民，赵冬斌.变抓取力的欠驱动拟人机器人手[J].清华人学学报(自然科学版),2003,43(8):1143-1147.[4]谭跃刚.基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究[D].武汉：武汉理工大学.2005[5]乔锋华.基于欠驱动机构的机械手的研究[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学.[6]史士财,李荣,姜力,刘宏.基于欠驱动原理的5指残疾人假手设计.2008（52835-37[7]叶军，张新华.欠驱动两指多指杆机器人手的操作过程与抓力分析[J].机械设计与研究.2001.17(3).24-26[8]史士财，高晓辉，姜力，刘宏.欠驱动自适应机器人手的研制.机器人.2004.26(6):496-501.[9]朱健，袁昌松，朱向阳.新型欠驱动拟人假肢手指的设计与分析.机械设计与研究.2008.24(2):40-42:[10]骆敏舟,梅涛,汪小华.形状自适应欠驱动三关节机器人手指设计.计算机辅助设计与图形学学报.2005.17(2):353-358.[11]2004.1，p19-11.[12]2006.[13]WuLiCh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