【摘 要】
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自由度数量少,运动灵活轻便的少自由度并联机器人结构简单,模块化程度高,在电子产品装配、焊接、分拣、喷涂等领域得到了广泛的应用。本文设计了一种新型少自由度并联机器人S
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自由度数量少,运动灵活轻便的少自由度并联机器人结构简单,模块化程度高,在电子产品装配、焊接、分拣、喷涂等领域得到了广泛的应用。本文设计了一种新型少自由度并联机器人SCARA_Tau,该机器人结合了SCARA和Delta的优势,包含三个平动自由度,驱动同轴布置,具有类似圆环体的大工作空间。论文对该机器人的运动学、动力学、结构设计与优化进行了研究,为SCARA_Tau的工程应用及优化设计提供了理论依据,主要工作如下：基于螺旋理论建立了机构的分支运动螺旋系,根据修正的自由度计算公式求解出机构的自由度。利用坐标变换建立了SCARA_Tau机器人的逆运动学模型,并与软件仿真结果进行了对比分析,验证了运动学模型的正确性。采用数据点循环遍历的方式,求取了机构的工作空间。求解了机构的雅克比矩阵,并根据雅克比矩阵行列式分析了机构的奇异位形。对机器人动平台绕z轴的伴随运动进行分析,并提出抵消伴随运动的解决方案。基于虚功原理,建立了SCARA_Tau机器人逆动力学模型。为满足机器人控制过程中的实时性要求,将中间连杆质量分配到驱动臂和动平台,得到了机构的简化动力学模型,将模型计算结果与RecurDyn软件仿真结果对比,验证了逆动力学模型的正确性。筛选出影响机器人工作空间和运动灵巧性的关键结构参数,以工作空间和运动灵巧性为目标函数,利用遗传算法对机构关键结构参数进行了优化,提升了机构性能。根据优化结果,设计了一种SCARA_Tau样机结构,对样机立柱内部的驱动系统进行了设计,采用了便于加工和装配的三段式立柱结构。在此基础上,对机器人样机关键结构进行了有限元分析以校核设计的安全性。
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