6-SPS型壓電陶瓷驅動微動并聯(lián)機器人的研究.pdf

1、微定位系統(tǒng)和并聯(lián)運動機構是當今科學研究和工程應用領域新的熱點。微驅動技術與并聯(lián)機器人技術交叉結合所產(chǎn)生的微動并聯(lián)機器人已經(jīng)成為一個熱門課題，應用領域主要有空間技術、光學工程、微機械裝配、醫(yī)療科學與生物工程、航天航空等。
　　本文研制出了壓電陶瓷直接驅動的、彈性鉸鏈傳動的6-SPS型微動并聯(lián)機器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)集精密機械、驅動和測量反饋技術于一體，實現(xiàn)了機構、驅動、檢測一體化的設計，具有體積小、結構緊湊、剛度大、頻響高等優(yōu)點，并可實現(xiàn)

2、納米級的定位精度。
　　針對微動并聯(lián)機器人的特點，采用微分的方法對6-SPS型微動機器人的運動學進行了深入的分析。揭示出微動并聯(lián)機器人的特征矩陣為常數(shù)矩陣，推導出的微動并聯(lián)機器人的輸入輸出位移方程、速度方程、加速度方程均具有顯式的表達形式，其轉換矩陣均為常數(shù)矩陣，僅與微動機器人的結構和初始姿態(tài)有關，而與運動無關，簡化了微動并聯(lián)機器人的運動學和動力學分析。分析了影響微動并聯(lián)機器人的工作空間的因素，利用極限邊界搜索法確定了機器人的運動

3、空間，并分析了桿長、桿長伸縮量、鉸鏈外接圓半徑、鉸鏈分布點等參數(shù)對運動空間的影響，為并聯(lián)機器人的機構設計提供參考。
　　應用并聯(lián)機器人的機構學理論，針對6-SPS型微動并聯(lián)機器人彈性鉸鏈支撐的特點，充分考慮彈性鉸鏈的彈性反力/力矩，對6-SPS型微動并聯(lián)機器人進行靜力學分析，并轉化為用影響系數(shù)表示的矩陣方程。通過靜剛度分析推導出微動平臺剛度矩陣，建立了系統(tǒng)動力學模型和系統(tǒng)模態(tài)矩陣，計算出系統(tǒng)的固有頻率。
　　進行了6-SPS

4、型壓電陶瓷驅動的并聯(lián)機器人的機構設計，選擇了驅動元件并分析了壓電陶瓷的特性，分析了并聯(lián)機構的構型形式和各自的適應性；對柔性鉸鏈進行了理論建模和有限元分析，確定了柔性鉸鏈的結構尺寸和材料，設計了機構布局方式，在此基礎上利用有限元分析和運動仿真軟件對整個實體模型進行了靜力學有限元分析和運動空間分析，以確定是否達到預期設計目標。設計了集驅動、傳感檢測、閉環(huán)控制于一體的壓電陶瓷閉環(huán)控制器，采用數(shù)字PID控制方法對壓電陶瓷進行閉環(huán)控制。
　

5、　對微動并聯(lián)機器人系統(tǒng)進行了運動范圍、分辨率、重復定位精度、動態(tài)響應測試，并對比分析了壓電陶瓷在開環(huán)和閉環(huán)兩種控制方式下對機器人運動精度的影響。分析了影響6-SPS型微動并聯(lián)機器人誤差來源，建立了驅動桿長、上下平臺鉸鏈空間位置與末端輸出的位姿誤差模型，利用閉環(huán)測量反饋進行了誤差補償試驗，取得了良好的效果。
　　最后，采用所研制的6-SPS型微動并聯(lián)機器人建立了單模光纖耦合系統(tǒng)，提出了一種基于機器視覺的宏微結合的光纖耦合對接作業(yè)方法