一種少自由度并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、并聯(lián)機器人機構(gòu)是末端執(zhí)行器(動平臺)通過若干條獨立的支鏈與定平臺相連的閉鏈機構(gòu)。與串聯(lián)機器人相比具有結(jié)構(gòu)剛度大、承載能力強、運動精度高以及位置的反解簡單和力反饋控制方便等諸多優(yōu)點。與目前廣泛應(yīng)用的串聯(lián)機器人在應(yīng)用上構(gòu)成互補關(guān)系,因而擴大了整個機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。國內(nèi)外研發(fā)機構(gòu)和學(xué)者對它的研究與開發(fā)給予了高度重視,做了大量的研究工作,取得了一系列的成果。
　　近幾年來,少自由度并聯(lián)機器人成為新的研究熱點。因為這種機器人相對六自由度機器

2、人具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、工作空間大等特點,在工業(yè)生產(chǎn)及其它領(lǐng)域有著更加廣闊的應(yīng)用前景。
　　由于并聯(lián)機構(gòu)具有工作空間小、工作空間里的奇異點多等缺點，需要對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。工程機械的優(yōu)化設(shè)計問題大致可以分為三類：(1)機構(gòu)運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計問題；(2)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計問題；(3)其他優(yōu)化設(shè)計問題。機構(gòu)運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計問題是優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)，因此對于運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計一直是人們關(guān)注的研究課題。
　　本文研究一種少自由度并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)優(yōu)化設(shè)計

3、。首先以3-US并聯(lián)機構(gòu)作為對象，對其進(jìn)行運動學(xué)分析。這個機構(gòu)具有3個自由度。本文研究在Z方向的平動自由度和繞X軸與Y軸方向的轉(zhuǎn)動自由度。這個機構(gòu)的特點是在Z方向上平動和繞X軸與Y軸方向轉(zhuǎn)動的運動時，還伴生有其他自由度的運動。因此，這個機構(gòu)的運動學(xué)分析比較復(fù)雜。求解運動學(xué)逆解時，不但需要求解驅(qū)動關(guān)節(jié)的角度，還需要求解其他三個非獨立的末端執(zhí)行器的位置參數(shù)。然后根據(jù)約束條件得到工作空間。根據(jù)現(xiàn)階段并聯(lián)機構(gòu)在工程上的需求，尤其是并聯(lián)機床方面，

4、需要具有較大的傾角。這樣在加工零件時，可以加工零件的每個面。因此，在本文中以這個少自由度并聯(lián)機構(gòu)的傾角作為新的優(yōu)化目標(biāo)。以逆向運動學(xué)、雅克比矩陣的奇異性、關(guān)節(jié)角度和速度增益等約束建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。相對于一些經(jīng)典和現(xiàn)代的優(yōu)化算法，由于微分進(jìn)化算法具有較強的全局收斂能力和魯棒性，選擇微分進(jìn)化算法作為優(yōu)化算法對這個少自由度并聯(lián)機構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化。最后利用Solidworks軟件建立這個少自由度并聯(lián)機構(gòu)的模型進(jìn)行仿真，驗證了優(yōu)化結(jié)果的有效性和微分