并聯(lián)機(jī)器人的開題報(bào)道[2]

1、燕 山 大 學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課題名稱：非對(duì)稱3平動(dòng)3并聯(lián)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)模擬 學(xué)院（系）：里仁學(xué)院 年級(jí)專業(yè)：07機(jī)電2班 學(xué)生姓名：孟曉亮 指導(dǎo)教師：胡波 完成日期：2011-3-1 一、 選題的來(lái)源和意義隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，機(jī)器人技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)日趨完善。并聯(lián)機(jī)器人的出現(xiàn)是機(jī)器人發(fā)展史的一個(gè)重要成就。并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)是機(jī)、電及計(jì)算機(jī)控制相結(jié)合的產(chǎn)物。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始從不同方向從事并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)的研究工作。并聯(lián)機(jī)器人是具有重大經(jīng)濟(jì)價(jià)值和國(guó)防戰(zhàn)略意義的高精尖實(shí)驗(yàn)設(shè)備。1965年，德國(guó)stewart發(fā)明了六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并作為飛行模擬器用于訓(xùn)練飛行員。197

2、8澳大利亞著名機(jī)構(gòu)學(xué)教授hunt提出將并聯(lián)機(jī)構(gòu)用于機(jī)器人手臂。與串聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力大、微動(dòng)精度高和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷小的特點(diǎn)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解困難反解容易有利于在線實(shí)時(shí)計(jì)算。目前我國(guó)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度轉(zhuǎn)臺(tái)設(shè)計(jì)水平和制造水平與西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距還是相當(dāng)大，對(duì)三自由度轉(zhuǎn)臺(tái)控制理論、控制系統(tǒng)與技術(shù)研究的這些領(lǐng)域內(nèi)的關(guān)鍵課題所做的工作還很粗淺。因此對(duì)三自由度的關(guān)鍵組成部分進(jìn)行深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，盡快研制出性能優(yōu)良的三自由度轉(zhuǎn)臺(tái)，提高我國(guó)的仿真技術(shù)水平，具有重大的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是國(guó)際上機(jī)器人學(xué)研究的熱點(diǎn)之一，構(gòu)造出具有良好性能的少自由度并聯(lián)機(jī)器人的眾多

3、構(gòu)型，一遍根據(jù)應(yīng)用要求選擇不同性能的機(jī)構(gòu)，是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的一項(xiàng)重要任務(wù)，當(dāng)前眾多研究人員的研究方向都集中于構(gòu)建新型的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)。根據(jù)理論研究出來(lái)的眾多的少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)還需要檢驗(yàn)其運(yùn)動(dòng)的正確性，傳統(tǒng)的方法是通過試驗(yàn)樣機(jī)制造實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證，而近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了新的方法，那就是虛擬樣機(jī)技術(shù)，這包括了三維cad建模技術(shù)和機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)等相關(guān)技術(shù)。二、研究?jī)?nèi)容和要求1、分析多種結(jié)構(gòu)方案，確定合理的結(jié)構(gòu)方案，分析和計(jì)算該并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)自由度。對(duì)于3自由度的并聯(lián)機(jī)器人的三個(gè)分支，各個(gè)分支之間相互干涉。第一種方案：其中兩個(gè)分支第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直于上下平臺(tái)，另外一個(gè)分支的第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副

4、的軸線與平臺(tái)平行，且都在內(nèi)側(cè)；第二種方案：其中兩個(gè)分支第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直于上下平臺(tái)，第二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線平行于上下平臺(tái)，且位于下平臺(tái)外側(cè)，另外一個(gè)分支的第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與平臺(tái)平行，且在內(nèi)側(cè)；(第2，3轉(zhuǎn)動(dòng)副應(yīng)該平行)第三種方案：其中兩個(gè)分支第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直于上下平臺(tái)，且位于下平臺(tái)內(nèi)側(cè)，另外一個(gè)分支的第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線與平臺(tái)平行，且在外側(cè)。2、設(shè)計(jì)3驅(qū)動(dòng)3-upu并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)保證給定加工空間和靈活度。該并聯(lián)機(jī)器人的u副的相互搭配是這個(gè)內(nèi)容的重點(diǎn)。它選擇有不同的方案，第一種方案：不對(duì)稱的那個(gè)分支第一個(gè)r副的軸線指內(nèi)側(cè)，剩下的兩分支第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直于上下平臺(tái);第二種方案：不對(duì)

5、稱的那個(gè)分支第一個(gè)r副的軸線與第一種方案中的指向相垂直，且平行于上下平臺(tái), 剩下的兩分支第一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線垂直于上下平臺(tái).3、設(shè)計(jì)液壓驅(qū)動(dòng)或滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)裝置滿足工作空間、靈活性和載荷的要求。驅(qū)動(dòng)裝置的選用決定該機(jī)構(gòu)載荷的大小。合理的安排該驅(qū)動(dòng)的位置、位姿以解決工作空間及靈活性的問題。第一種方案：液壓裝置作為驅(qū)動(dòng)裝置。它的優(yōu)點(diǎn)：1）體積小、重量輕慣性力較小，當(dāng)突然過載或停車時(shí)，不會(huì)發(fā)生大的沖擊；2）能在給定范圍內(nèi)平穩(wěn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度，并可實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速，且調(diào)速范圍最大可達(dá)1：2000(一般為1：100）；3)換向容易，在不改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的情況下，可以較方便地實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換

6、；4）液壓元件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、便于設(shè)計(jì)、制造和使用。第二種方案：氣動(dòng)裝置作為驅(qū)動(dòng)裝置。它的優(yōu)點(diǎn)：1）以空氣為工作介質(zhì)，工作介質(zhì)獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動(dòng)相比不必設(shè)置回收的油箱和管道；2）因空氣的粘度很小，其損失也很小，所以便于集中供氣、遠(yuǎn)距離輸送。外泄漏不會(huì)像液壓傳動(dòng)那樣嚴(yán)重污染環(huán)境。 3）與液壓傳動(dòng)相比，氣壓傳動(dòng)動(dòng)作迅速、反應(yīng)快、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。4)工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強(qiáng)磁、輻射、振動(dòng)等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。5)成本低，過載能自動(dòng)保護(hù)。第三種方案：滾珠絲杠裝置作為驅(qū)動(dòng)裝置。

7、它的優(yōu)點(diǎn)：1)定位精度高；2)傳動(dòng)效率高；3)使用壽命高。我選擇滾珠絲杠裝置作為驅(qū)動(dòng)裝置，因?yàn)橐陨纤f的滾珠絲杠裝置的優(yōu)點(diǎn)，而液壓裝置實(shí)現(xiàn)定比傳動(dòng)困難，液壓元件制造精度要求高，成本高，需要液壓泵的輔助裝置，體積大，干涉可能性增大。氣壓裝置由于空氣具有可壓縮性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差，而且噪聲較大，在高速排氣時(shí)要加消聲器。綜上所述，選擇滾珠絲杠裝置作為驅(qū)動(dòng)裝置。4、設(shè)計(jì)相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)電路、控制系統(tǒng)，滿足數(shù)控過程。隨著時(shí)代的進(jìn)步，數(shù)控的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。所以我們要跟隨時(shí)代的腳步設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)。第一種方案：用反饋控制。反饋控制系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)是基于反饋原理建立的自動(dòng)控制系統(tǒng)。所謂反饋原理，就是

8、根據(jù)系統(tǒng)輸出變化的信息來(lái)進(jìn)行控制，即通過比較系統(tǒng)行為（輸出）與期望行為之間的偏差，并消除偏差以獲得預(yù)期的系統(tǒng)性能。在反饋控制系統(tǒng)中，既存在由輸入到輸出的信號(hào)前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號(hào)反饋通路，兩者組成一個(gè)閉合的回路。因此，反饋控制系統(tǒng)又稱為閉環(huán)控制系統(tǒng)。反饋控制是自動(dòng)控制的主要形式。在工程上常把在運(yùn)行中 跟隨或復(fù)現(xiàn)某種過程的反饋控制系統(tǒng)稱為伺服系統(tǒng)或隨動(dòng)系統(tǒng)。第二種方案：用半閉環(huán)控制。半閉環(huán)控制系統(tǒng)是在開環(huán)控制系統(tǒng)的伺服機(jī)構(gòu)中裝有角位移檢測(cè)裝置，通過檢測(cè)伺服機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠轉(zhuǎn)角間接檢測(cè)移動(dòng)部件的位移，然后反饋到數(shù)控裝置的比較器中，與輸入原指令位移值進(jìn)行比較，用比較后的差值進(jìn)行控制，使

9、上平臺(tái)補(bǔ)充位移，直到差值消除為止的控制系統(tǒng)。5、繪制并聯(lián)機(jī)器人裝配圖、零件圖，對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)模擬仿真并繪出運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線，并進(jìn)行一些理論分析。第一種方案：用cad變量幾何法。cad變量幾何法是一種進(jìn)行多種機(jī)器人多自由度機(jī)構(gòu)位移、速度、加速度分析的有效方法。用cad變量幾何技術(shù)，可以構(gòu)造多種不同機(jī)器人的模擬機(jī)構(gòu)、速度機(jī)構(gòu)和加速度模擬機(jī)構(gòu)，用這些機(jī)構(gòu)可以求解機(jī)器人輸出桿端點(diǎn)的位移、速度和加速度。這種方法不僅具有簡(jiǎn)單、快捷、直觀、求解精度高的優(yōu)點(diǎn)，而且可以完成復(fù)雜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，為機(jī)器人多自由度機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析提供了更有效地工具，可以實(shí)時(shí)觀察機(jī)器人輸出桿端點(diǎn)的速度、加速度的大小和方向的變化;第二種方

10、案：用solidworks模擬。它可以模擬真實(shí)的零件間的空間運(yùn)動(dòng)情況。繪制并聯(lián)機(jī)器人裝配圖、零件圖的方案有：第一方案：用cad繪圖；cad是用來(lái)畫二維圖。第二方案：用solidworks繪圖；solidworks用來(lái)畫三維圖 立體零件圖。第三方案：用proe繪圖; proe也是用來(lái)畫三維圖 立體零件圖，但是比solidworks復(fù)雜些。我選擇solidworks繪圖，solidworks用來(lái)畫三維圖 立體零件圖，而且比proe簡(jiǎn)單一些。三、研究步驟、方法1、收集資料，計(jì)算自由度，確定合理的方案。在學(xué)校圖書館查閱相關(guān)資料并整理，通過書籍和網(wǎng)絡(luò)查找最新的并聯(lián)機(jī)器人的發(fā)展動(dòng)向，盡量在保證原來(lái)參數(shù)的基

11、礎(chǔ)上，采用最新的一些結(jié)構(gòu)，這樣才能使設(shè)計(jì)具有實(shí)用性和時(shí)代性。通過瀏覽因特網(wǎng)上的相關(guān)資料掌握并聯(lián)機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)，研究出設(shè)計(jì)方法，熟悉并聯(lián)機(jī)器人的工作原理，并運(yùn)用相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。2、設(shè)計(jì)3-upu并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)，液壓驅(qū)動(dòng)裝置或滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)裝。運(yùn)用solidworks對(duì)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)照課題任務(wù)的內(nèi)容和要求，對(duì)具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，選擇合適的架構(gòu)和部件。3、設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)模擬機(jī)構(gòu)和控制電路系統(tǒng)。4、繪制圖紙，審查圖紙。運(yùn)用solidworks對(duì)并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行仿真模擬并畫出重要部件或者結(jié)構(gòu)的視圖。5、撰寫論文。四、研究工作進(jìn)度 第一階段（14周）收集資料，計(jì)算自由度，確定合理的方案第

12、二階段（58周）設(shè)計(jì)3-upu并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)和結(jié)構(gòu)，液壓驅(qū)動(dòng)裝置或滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)裝置第三階段（912周）設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)模擬機(jī)構(gòu)和控制電路系統(tǒng)第四階段（13-16周）繪制圖紙，審查圖紙。第五階段（17-18周）撰寫論文，準(zhǔn)備答辯五、主要參考文獻(xiàn)1 張曙，u heisel著。并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床。北京：機(jī)械工業(yè)出版社2003年2 徐灝，邱宣懷等編。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，第五卷。機(jī)械工業(yè)出版社，1992機(jī)器人設(shè)計(jì)圖冊(cè)。機(jī)械工業(yè)出版社，1992 3 路懿，黃真。正交虛擬六軸機(jī)床刀架工作空間位姿計(jì)算機(jī)模擬。系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2002，14（1）：104-1084 賀永剛基于運(yùn)動(dòng)功能的少自由度串并聯(lián)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的研究華中科技大

13、學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)理論碩士論文，2008（5） 5李仕華幾種空間少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)分析與綜合的理論研究燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)與理論博士論文，2004（6）6李海虹 楊永志一類二自由度并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)分析j天津大學(xué)學(xué)報(bào).2010，43(4)：322-328.7劉善增并聯(lián)機(jī)器人的研究進(jìn)展和現(xiàn)狀j組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù).2007(8)：5-108 戴巍六自由度并聯(lián)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析東北大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)理論碩士論文，2006（5） 9金振林 高峰一種新型6自由度正交并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的柔度分析j機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 2001，172)：38-3910王坤茜并聯(lián)機(jī)構(gòu)造型設(shè)計(jì)研究j機(jī)床與液壓. 2005，11：182-18411李秦川對(duì)稱少自由度并聯(lián)機(jī)器人型綜合理論及新機(jī)型綜合燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)與理論博士論文，2003（7）12黃真 李秦川少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的型綜合原理j中國(guó)科學(xué).2003，33(9)：813-81913 程海英并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法研究華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)理論碩士論文，2007（1）14李艷文幾類空間并聯(lián)機(jī)器人的奇異研究燕山大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)與理論博士論文，2005（2）15孫立寧 楚中毅2-dof平面并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化的研究j哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2004，36(3)：277-28016 lu yi.using cad functi