六自由度微动平台机构设计.doc

摘 要摘 要本文对一种新型的6-(P-2P-S)并联机器人的精度进行了分析，这种机器人是由Stewart平台经过变异得到的介绍了该并联机器人的特点，利用空间机构学理论分析了机构的位置正反解，并分析了该机构在正交位姿的运动解耦性能基于该并联机器人的结构约束，研究了该机构的工作空间，并定量分析了该机构参数对工作空间体积大小的影响定义了线速度各向同性性能评价指标，并给出各向同性性能指标在工作空间内的分布情况采用对并联机构运动学方程取微分的方法求得各主要误差源和末端误差的映射关系，使用叠加原理获得了在综合多种误差影响因素作用下并联机构的几何误差模型，利用蒙特卡洛技术对终端平台误差进行了分析采用绝对误差敏感度和误差方向敏感度这两个误差评价指标，将主要误差影响因素对机构终端误差的影响进行了分析以该并联机构的全域各向同性性能指标和全域综合误差指标为依据对该机构进行了参数设计关键词 并联机器人；正交结构；性能指标；几何误差；蒙特卡洛方法AbstractThe thesis focuses on the accuracy research on a novel 6-(P-2P-S) orthogonal parallel robot, the robot is developed based on the Stewart platform mechanism. Its layout feature is presented according to the previous research results. The forward and reverse position are established by using spatial mechanisms. The paper also shows that the novel parallel robot is characterized by decoupling at its orthogonal position.Base on the architecture constraints, its workspace is investigated. The effects of the design parameters to the workspace volume are studied quantitatively.Kinematics transmission isotropy evaluation criteria is defined. The distribution of the defined evaluation criteria are presented on the workspace.To get the mapping relationship between the influencing factors and the end error of the 6-(P-2P-S) parallel robot, the kinematics equation are differentiated. The analytic expression of the geometric error of the 6-(P-2P-S) parallel robot is obtained by using the superposition theorem and comprehensively considering the influencing factor. The distribution on terminal platform errors is discussed using Monte-Carlo method. By comprehensively considering the two evaluation indicators: absolute error sensitivity and error isotropy sensitivity, the influence of the influencing factor effecting on the end effector is analyzed.Based on the workspace of a novel 6-(P-2P-S) parallel robot, geometry parameter of the parallel mechanism is optimized which depend on the glob kinematics and the glob equal errors.Keywords Parallel robot; Orthogonal structure; Performance evaluation criteria; Geometric error; Monte-Carlo methodV目 录目 录摘要……………………………………………………………………………ⅠAbstract………………………………………………………………………Ⅱ第 1 章 绪论…………………………………………………………………11.1并联机器人概述………………………………………………………11.2并联机器人发展状况…………………………………………………21.3本论文的选题意义及主要研究内容…………………………………8第2章 新型6-(P-2P-S)并联机器人的位置分析…………………………102.1概述……………………………………………………………………102.2 6-(P-2P-S)并联机器人的机构描述…………………………………102.2.1结构布局…………………………………………………………102.2.2机构特点…………………………………………………………112.3 6-(P-2P-S)并联机器人的位置分析…………………………………122.3.1动平台姿态描述…………………………………………………132.3.2位置分析…………………………………………………………142.3.3正交位姿解耦分析………………………………………………172.4本章小结………………………………………………………………18第3章 新型6-(P-2P-S)并联机器人工作空间分析………………………203.1概述……………………………………………………………………203.2工作空间定义…………………………………………………………203.3工作空间分析…………………………………………………………223.3.1 约束分析…………………………………………………………223.3.2 工作空间的搜索方法……………………………………………233.3.3 工作空间形状分析………………………………………………263.4 结构尺寸对工作空间的影响…………………………………………283.5 本章小结………………………………………………………………30第4章 新型6-(P-2P-S)并联机器人的运动学传递性能分析……………314.1概述……………………………………………………………………314.2运动学传递性能分析…………………………………………………314.2.1 雅可比矩阵的求解………………………………………………314.2.2 运动学传递各向同性性能评价指标……………………………334.2.3 正交位姿时运动学传递各向同性性能分析……………………394.3本章小结………………………………………………………………40第5章 新型6-(P-2P-S)并联机器人的精度分析…………………………415.1 概述……………………………………………………………………415.2 误差模型的建立………………………………………………………415.2.1建模方法综述……………………………………………………415.2.2模型建立…………………………………………………………425.2.3考虑间隙误差和垂直度误差的误差模型………………………455.3 基于蒙特卡洛方法的误差分析………………………………………465.3.1 制造误差随机量抽样……………………………………………465.3.2 球铰间隙误差随机量抽样………………………………………465.3.3 误差的蒙特卡洛模拟……………………………………………475.4 误差的评价指标………………………………………………………525.5 本章小结………………………………………………………………55第6章6-(P-2P-S)并联机器人的结构参数设计…………………………566.1概述……………………………………………………………………566.2并联机器人的结构参数设计…………………………………………566.2.1结构参数对工作空间大小的影响………………………………576.2.2结构参数对运动学性能的影响…………………………………586.2.3结构参数对全域综合误差的影响………………………………596.3本章小结………………………………………………………………62结论……………………………………………………………………………63参考文献………………………………………………………………………64攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果……………………………69致谢……………………………………………………………………………70作者简介………………………………………………………………………71第1章 绪 论第 1 章 绪 论1.1 并联机器人概述机器人的出现充分体现人类的创造力，是人类智慧的结晶。

人类对机器人学的研究已经有一段历史，在研究的同时又不断创新出新的研究方向工业上常用的机器人，一般是由机座、腰部(或肩部)、大小臂、腕部及手部构成的，大小臂之间以串联方式连接，这样的机构就是通常的串联机器人并联机器人机构是由一个具有n自由度的末端执行器、一个定平台和连接于二者之间的两个以上独立支链组成的闭环机构，由n个驱动器驱动，因为具有高刚度、高承载能力、高动态性能、高速度和结构紧凑等优点，近几十年来，并联机器人已经成为国际上研究的新热点，并联机构是机器人学的一个新的分支，并联机构的兴起和发展既是现代科技发展和实际应用需要的结果，也与新的研究思想和数学概念的不断引入有着密切的关系由于没有关节误差的累积，并联机器人往往被认为是高精度的机器人，在一些需要高精度、高刚度或高速度而无须很大工作空间的应用领域，并联机器人机构越来越受到人们的青睐并联机器人和串联机器人相比具有如下明显特点：(1)并联式机器人末端平台同时由几个并联的支链分别支承，与串联的悬臂梁相比，其承载能力高、刚度大，而且结构稳定，由于刚度大，在相同的自重或体积下，并联式较串联式较高的承载能力2)相对于串联机器人来说，同样的机构尺寸(大小)，并联机器人的工作空间较小，主要是受到输入空间、动平台和基座的形状和大小、以及杆在空间的相互干涉、奇异位置等约束造成的。

3)串联机器人的驱动电机及传动系统大多放在运动着的操作臂上，这样就增加了系统的运动惯性，使机器人机构的动力学性能恶化，而并联式机器人很容易将电机置于机座上，减小了运动负荷，极大的提高了系统的动力学性能4)串联。