六自由度钢带并联机器人运动控制系统的研制

运动控制系统对于钢带并联机器人至关重要。提出了钢带并联机器人运动控制系统的设计思路,介绍了该控制系统的工作原理与功能,阐述了SPiiPlus PCI-LT-6运动控制卡的性能指标、硬件结构、用户程序结构等。针对钢带并联机器人位置逆解的运动控制问题,给出逆解的ACSPL求解框图和编程代码,分析了钢带并联机器人运动控制中的关键技术问题,并指出相应的解决方案。研究结果表明,该运动控制系统可满足钢带并联机器人精确快速运动的要求。

钢带并联机器人力学失稳机理

为了发展新的并联机构形式,提出一种以圆弧弯曲截面钢带作为运动支链的6自由度钢带并联机器人机构形式。简要阐述钢带并联机器人结构组成与工作原理。采用基于变分原理的有限元静力学理论和线性屈曲分析理论建立求解钢带失稳临界力的屈曲方程。利用有限元软件ANSYS对不同结构参数的截面由圆弧弯曲形状过渡到平直形状的钢带进行失稳分析,得到钢带能承受的失稳力与结构参数的关系,并进行试验验证。对钢带并联机器人在平移运动位姿下的整机失稳机理进行系统研究,得到不同位姿参数与钢带并联机器人失稳临界力的关系。研究结果表明:弯曲截面结构的钢带能承受一定的压力,钢带失稳力随钢带圆弧截面中心角、钢带厚度增大而增大,随钢带长度增大而减小。对于机器人动平台作上升运动,在500 mm的高度,失稳临界力最大。而对于沿Y轴平动或沿Φ=60°平动且100 mm≤ρ≤200 mm的范围,对于沿极径ρ=500 mm平动且10≤Φ≤20的范围,失稳临界力均比较大。研究成果能用于优化钢带并联机器人的结构设计及确定刚度工作空间。

基于螺旋理论的钢带并联机器人力学特性数值分析

为了克服传统的并联机器人工作空间较小、奇异性与运动学正解分析复杂的缺点,拓宽并联机器人的应用领域,提出一种新型的六自由度钢带并联机器人机构形式.阐述了钢带并联机器人结构组成、工作原理、钢带运动副关键技术,并对不同结构的钢带进行了有限元分析,得到结构参数改变时钢带能承受的失稳力.基于螺旋理论建立了钢带并联机器人力学模型,对刚带并联机器人受力进行数值计算,得到钢带并联机器人不同位姿与结构对各钢带受力的影响规律,为优化钢带并联机器人的结构与运动参数提供理论依据.研究结果表明：弯曲截面结构的钢带承压能力较好,钢带失稳力随钢带圆弧截面中心角、钢带厚度增大而增大,随钢带长度增大而减少.其他结构参数一定,载荷力为400 N时,动平台外接圆半径为210 mm,动平台沿Z轴运动范围受卷筒装置中钢带长度的限制,沿Y轴运动范围为-745~680 mm,沿X轴运动范围为-675~675 mm,动平台绕Z轴旋转角度范围为-87°~87°,绕Y轴旋转角度范围为-77°~77°,绕X轴旋转角度范围为-90°~66°.

新型六自由度钢带并联机器人的机构设计

为了克服传统并联机器人存在的一些共性问题,进一步拓宽并联机器人的应用领域,提出了一种新型的六自由度钢带并联机器人机构形式,介绍了钢带并联机器人结构和工作原理,阐述了钢带运动副、卷筒装置、复合球铰的结构设计与实现,分析了钢带并联机器人的功能特点、存在问题与应用前景。研究结果表明,弯曲圆弧截面的钢带运动副可使钢带并联机器人具有一定的承压能力,因此钢带并联机器人兼具杆支撑并联机构和绳牵引并联机构的一些特点,具有广泛的应用前景。

钢带并联机器人运动学模型与数值模拟

为了解决钢带并联机器人运动学计算复杂等问题,对钢带并联机器人运动学模型进行了探讨。分析了现有的并联机器人运动学位置求解方法,阐述了钢带并联机器人工作原理与钢带并联机器人的运动位置逆解建模过程。采用瞬时速度方向逐次逼近法,建立钢带并联机器人的运动位置正解模型。分析了钢带长度计算中误差产生的主要因素,得出钢带长度与理论支撑件长度之间的计算关系。对位置逆解、正解模型进行了仿真验算,仿真实验结果表明位置正解、逆解模型的计算结果满足钢带并联机器人的运动精度要求。