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近年来,并联机器人研究逐渐成为机器人领域的热点,广泛应用于工业领域中。目前并联机器人一般分为杆支撑和绳牵引两大类。最近,提出了一种以弯曲截面钢带作为支撑件的钢带并联机器人,既能承受一定的压力,又能承受很大的拉力。该新型钢带并联机器人既有一般并联机构的特性,又具有失稳的独有特点,对其研究具有重要意义,可弥补钢带并联机器人机构性能研究领域的空白。
本文主要研究了钢带并联机器人不同型号钢带的有限元失稳分析,并进行实验分析。之后对整机的简化模型进行失稳分析,研究工作如下:
1.针对等圆弧弯曲截面的薄壁钢带,提出了等圆弧截面开口薄壁杆件的弹性稳定性理论。结合有限单元分析方法,对截面形状从圆弧渐变到直线的薄壁钢带,提出了其有限元静力学分析理论与线性屈曲分析理论。
2.在Ansys Workbench环境中,建立了弧长为100mm、一端圆弧截面另一端直线截面钢带的有限元模型,并对其进行失稳分析。通过对不同长厚与不同圆心角的320种该种钢带的线性失稳分析,结果表明:钢带失稳临界力与厚度和圆心角成正比,而与长度成反比。
3.将等圆弧截面和一端圆弧截面另一端直线截面的两种钢带,共计96根钢带,进行失稳临界力测试实验。实验结果表明:大部分实验值都比理论仿真值大,并且在允许的可控误差范围内,说明实验数据与仿真数据具有一定的可靠性且有效;等圆弧截面钢带试验点在小误差要求下能很好地与理论值相重合;而一端圆弧截面另一端直线截面钢带试验点却与理论值有一定的误差,其结果比等圆弧截面钢带的要小很多。
4.开展了对新型钢带并联机器人整机的失稳分析,并确定了失稳分析的路径。针对并联机构动平台作平移运动的情况,沿着同一高度的不同路径对所建立的钢带并联机构整机简化模型进行失稳分析。从分析中得到,不论沿着哪条路径进行失稳分析,随着动平台高度的增加,钢带并联机器人的失稳临界力将逐渐下降。其中对于在同一高度沿着Y轴和沿着60°轴作平移运动的这两种情况,随着动平台逐渐远离中心位置,钢带并联机构的失稳临界力迅速下降。从大量的仿真中得出,钢带并联机器人最佳的运行空间位置为平台高度为500~600mm,这为确定钢带并联机器人稳定运行空间提供可靠的理论基础。
最后,对全文进行了总结,并对后续的研究提出了一些展望。