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无论在科幻小说还是人们对机器人的第一意识中,都把像人一样的机器人作为研究的最高境界。机器人研究者也一直把实现类人的行为作为梦寐以求的目标。机器人机构主要是由一个个关节组成。现有的人形机器人的关节都是基于串联机构驱动的,而且很少有腰关节。一般来说,采用串联结构形式的机器人承载能力较弱,而没有腰关节,则就会受上体重量的影响,使其控制平衡不方便。本文主要研究人形机器人的肩关节和腰关节,提出了一种新的并联冗余机构——3-RRR+S’-P机构。由于此机构以三自由度球面并联机构(3-RRR机构)为基础,因此后续主要研究了3-RRR机构的运动学、静力学以及刚度,求得运动学雅克比矩阵和力雅克比矩阵,并分析了3-RRR机构的操作性能和奇异形位。具体内容为:1.在三自由度球面并联机构(3-RRR机构)的基础上,为了更好的提高机构的承载性能和刚度,从仿生学以及动物关节的角度对机构进行改进,提出了一种新的冗余机构——3-RRR+S’-P机构。采用此机构可以把作用在动平台上过球心的力直接卸载到机架上,使肩关节和腰关节具有更好的力学性能、刚度及控制的精度。2.对球面并联机构(3-RRR机构)建立运动学模型,得到该并联机构位置反解表达式,用直接求导法推导出其速度反解表达式,并随机求得了几个位姿下的速度雅可比矩阵的数值解,为以后对速度雅可比和力雅可比矩阵关系的验证奠定了基础。3.采用拆杆法建立3-RRR机构的受力模型,并通过机构的变形作为补充方程,求得各连杆所受各力的解析表达式;论证了机构上平台受过球心力作用时,所需机构的输入力矩为零;以数值算例为例,当动平台受广义力时,3-RRR机构各连杆受力以及所需驱动力矩与机构位姿变化的关系;并用数值法验证力雅克比矩阵和速度雅可比矩阵J的关系。4.在静力学分析的基础上,对3-RRR机构的变形进行分析,得到刚度的解析表达式,为后续的机构设计奠定了理论基础。5.分析了速度、精度及承载性能的评定方法;对雅克比矩阵的奇异形位进行了分析,并画出一种3-RRR机构局部奇异位形图。