1 動態(tài)優(yōu)化的一種新型高速，高精度的三自由度機械手 彭蘭（蘭朋） ，魯 南立 ，孫立寧，丁 傾永 (機械電子工程學院 ，哈爾濱理工學院，哈爾濱 150001，中國 ) ( 50001， P。 R。摘要 介紹了一種 動態(tài)優(yōu)化三自由度 高速、高精度相結合，直接驅(qū)動臂平面并聯(lián)機構和線性驅(qū)動器，它可以提高其剛度進行了動力學分析軟件 真模擬環(huán)境中，進行仿真模擬實驗 析了設計變量的近似的敏感性，包括影響參數(shù)的每道光束截面和相對位置的線性驅(qū)動器上的性能 型可以獲得一個輕量級動態(tài)優(yōu)化和小變形的參數(shù)。一個平面并聯(lián)機構不同截面是用來改進機械手的 顯的改進后的系統(tǒng)動力學仿真分析和另一個未精制一個幾乎是幾乎相等 明這種方法更為有效的。 關鍵詞 : 機械手、 優(yōu)化、 動力學仿真 2 0 簡介 并聯(lián)結構機 械手（ 一個很有前途的機器操作和裝配的電子裝置，因為他們有一些明顯的優(yōu)勢，例如：串行機械手的高負荷承載能力，良好的動態(tài)性能和精確定位的優(yōu)點等 . 一種新型復合 3一 是并聯(lián)機構為研究對象， 三自由度并聯(lián)機器人是少自由度并聯(lián)機器人的重要類型。三自由度并聯(lián)機器人由于結構簡單，控制相對容易，價格便宜等優(yōu)點，具有很好的應用前景。但由于它們比六自由度并聯(lián)機器人更復雜的運動特性，增加了這類機構型綜合的難度，因此對三自由度并聯(lián)機器人進行型綜合具有理論意義和實際價值。本文利用螺旋理論對三自由度 并聯(lián)機器人進行型綜合，以總結某些規(guī)律，進一步豐富型綜合理論，并為新機型的選型提供理論依據(jù)， 以下對其進行闡述。 如圖 機械手組成的平面并聯(lián)機構 (括平行四邊形結構和線性驅(qū)動器安裝在 線型致動器驅(qū)動的聲音線圈發(fā)動機 作為一個非換直接驅(qū)動類，音圈電機可以提供高位置敏感和完美的力量與中風的角色，高精密線性編碼作為回饋部分保證在垂直方向可重復性。 另一方面，該產(chǎn)品具有較高的剛度比串行 機械手，因為它的特點和低封閉環(huán)慣性轉(zhuǎn)矩。同時，該系統(tǒng)可以克服了柔性耦合力學彈性、齒輪、軸承、被撕咬支持，連接軸和其他零件，包括古典驅(qū)動設備，因此該機械手是更容易得到動力學性能好、精度高。 圖 3自由度的混合結構的機械手 3 當長度的各個環(huán)節(jié)的平面并聯(lián)機時，構決定于運動學分析和綜合 4機械優(yōu)化設計的首要任務，應加大僵硬、降低質(zhì)量 這是它重要和必要的影響，研究了各參數(shù)對模型表現(xiàn)以進一步優(yōu)化。本文就開展設計研究工具，通過參數(shù)分析亞當斯，又要適當?shù)姆绞絹慝@ 得一個輕量級的優(yōu)化和小變形系統(tǒng)。 1 仿真模型 f 動機械系統(tǒng)動力學分析是一個完美的軟件，對機械系統(tǒng)動力學模擬可處理機制包括有剛性和靈活的部分，仿真模型可以創(chuàng)造出機械手的亞當斯環(huán)境 如圖 個直流驅(qū)動電機、交流和 02M 線性驅(qū)動器 20kg/眾的線性驅(qū)動器是 接 、 03梁 用公司和公里，形成一個三角形，也被當作柔性傳動長度的鏈接是決定提前運動學設計為 7J=77 = 它維度，這個數(shù)字是 01A = 02M =7D=G=3 雖然總平面并聯(lián)機構的運動都是在水平、垂直和水平剛度必須在豎向剛度特征通常低于水平僵硬，因為它的角色在垂直懸臂梁的截面尺寸計算每一束平面并聯(lián)機構和相對位置的線性驅(qū)動器是兩個非 常僵硬的影響因素的系統(tǒng)。 運動支鏈可分為三類： "主動鏈（由驅(qū)動器賦予確定獨立運動的支鏈。一般是單驅(qū)動器控制一個自由度的運動），從動鏈（不帶驅(qū)動器、被迫作確定運動的支鏈。又分為以下兩種：約束鏈：獨立限制機構自由度的從動鏈。冗余鏈：重復限制機構自由度的從動鏈）復合鏈（有單驅(qū)動器、但限制一個以上的機構自由度的支鏈，實際是主動鏈與約束鏈的組合） 鏈中的約束鏈除了可以提高機構剛度和作為測量鏈外，其更主要的作用是用來約束動平臺的某一個或幾個自由度，以使其實現(xiàn)預期的運動。 4 圖 仿真模型 2 仿真模擬結果 在本節(jié)中，平均位移的末端是用來描述動態(tài)剛度，這是在不同的配置在不同的線性驅(qū)動器向前，從最初的位置的目的地，一般的豎向位移的機械手是作為目標來研究豎向剛度，平均差別的橫坐標、縱坐標點之間有一個剛性數(shù)學模型，模型，作為目標來研究水平剛度。 并聯(lián)機器人的構型設計即型綜合是并聯(lián)機器人設計的首要環(huán)節(jié)，其目的是在 給定所需自由度和運動要求條件下，尋求并聯(lián)機構桿副配置、驅(qū)動方式和總體布局等的各種可能組合。國內(nèi)的許多學者正致力于這方面的研究，其中比較有代表性的有如下幾種方法："黃真為代表的約束綜合法；楊廷力等人的結構綜合法；代表的李代數(shù)綜合法。以上各種方法自成體系，各有特點，都缺乏理論的完備性。本文提出添加約束法，是從限制自由度的角度出發(fā)，增加約束，去除不需要的自由度，因每條主動鏈只有一個驅(qū)動裝置，讓其控制一個自由度，其余自由度通過純約束鏈去除，這樣可以使主、從動運動鏈的作用分離，運動解耦，有利于控制。具有三自由度的并聯(lián) 機床，當采用條主動支鏈作為驅(qū)動時，機構就需要約束另三個自由度，通過選擇無驅(qū)動裝置的從動鏈來完成，則整個機構成為有確定運動的三自由度的并聯(lián)機構。黃真等提出的約束綜合法對完全對稱的少自由度并聯(lián)機器人機構進行了型綜合，完全對稱的支鏈結構相同，都屬于復合鏈，每條支鏈除都有一個單驅(qū)動器，控制一個自由度外，還應約束一個以上自由度才能使機構的六個自由度全部受控，使機構有確定的運動。 5 面效應 扭轉(zhuǎn)變形位移的連結將會引起的，所以，扭轉(zhuǎn)常數(shù)的橫截面，重力是研究裝系統(tǒng)來研究，采取扭轉(zhuǎn)剛度的垂直切片 梁作為設計變量的變化，從 x 105 3.5 x 105 圖 斷的效果在垂直變形扭轉(zhuǎn) 圖 據(jù)它的變化速率的環(huán)節(jié)，是最大的， 他的仿真結果表明，水平位移之間的差異進行比較，結果表明該模型體育智力 是水平位移的變化，這意味著在這種模擬豎向變形的生產(chǎn)水平位移系統(tǒng)機械手。注意端面 線性驅(qū)動器的主要原因是水平變形、線性驅(qū)動器機器人是由兩個節(jié)點 . 所以，我們計算了不同的 圖所示，在圖 4 次是最有效的通用和連接梁，連接 因此，應采取 向剛度較大并行扭轉(zhuǎn)不變的鏈接德也使較少的均勻性，降低線性驅(qū)動器不可以降低水平變形。 6 圖 在不影響扭不變 如圖 6所展示的影響是區(qū)域慣性轉(zhuǎn)矩的設計變量是區(qū)域剛度和慣性轉(zhuǎn)矩的各個環(huán)節(jié)和梁 顯示增加 個 B、梁的鏈接，鏈接 圖 示 鏈接的 公里，連接 03同的分析結果表明， 有至少兩個垂直和水平剛度，這意味著這種結構，具有足夠的水平，降低 B、梁的鏈接，鏈接 化系統(tǒng)。 圖 瞬間的慣性效應對垂直位移 7 圖 轉(zhuǎn)動慣量不平衡的影響 線性執(zhí)行器的慣性是主要載荷之一，在機械手的運動，不同的相對應的垂直位置產(chǎn)生不同的變形，圖 7 顯示了絕對平均的最終效應垂直位移時驅(qū)動馬達以恒定的加速度旋轉(zhuǎn)，我們可以看到，過低或過高的相對位置會造成比格變形，最好的位置是一對 Z = 24毫米的地方大概是從中間環(huán)節(jié)連接 圖 影響線性驅(qū)動器的相對位置 8 3 分析改進的機械手 根據(jù)上述模擬結果，所有改進的機械手的設計，時間如下 ：鏈接截面 3010 毫米的厚度 ;鏈接 矩形空心梁 與 30基礎和高度 工型鋼 ， 蘭和 6梁競，通用汽車與 80 圖 梯形運動姿態(tài) 圖 回應的是機械手，相比之下，圖 提高初始的反應，在其中所有的鏈接和機械手的矩形截面梁的堅實基礎，用 30 毫米，高度的差異是曲線， C 和 H 的曲線積分，二是垂直位移的末端，改進系統(tǒng)中最大位移 初的 比，爭論的振動激勵后仍 停留在 s±比的初始變形改善系統(tǒng)的初始小于前者具有較少的慣性，因為在相同的步伐不斷加快，保持振動瓣膜差不多一樣，它對這整個系統(tǒng)中來說，仍然改善系統(tǒng)的剛度，幾乎相當于初始制度，針對大規(guī)模的平面并聯(lián)機構在該系統(tǒng)相比下降了 30%，這樣的初始優(yōu)化是有效的。 9 圖 圖 動態(tài)響應 10 4 結論 本文設計了一種新型三自由度機械手變量的敏感性進行了研究在 境 中，可以得出以下結論： 1） 機器人具有較大的水平剛度，最終水平位移，效應主要是由機械手垂直變形造成的，因此，更重要的是增加的幅度比剛度豎向剛度。 2） 參數(shù) 鏈接 截面剛度 經(jīng)對垂直剛度的影響最大，第二位的是， 有在垂直剛度的影響最小，他們都較少對水平比垂直剛度剛度。 3） 橫截面的不同環(huán)節(jié)都有不同的影響 ，連線 豎向剛度 德應該使用區(qū)扭轉(zhuǎn)常數(shù)和慣性力矩大 ， 如 變形、 長方形 、橫梁 線 03F 應該使用區(qū)段 形梁 等重大時刻轉(zhuǎn)動慣量 、橫梁 和 以使用盡可能的一小 部分 ， 從而降低了質(zhì)量。 4） 最佳的線性驅(qū)動器的相對位置可以減少變形 ， 最好的位置是垂直的平行結構。 5） 改進的機械手的動態(tài)分析表明該優(yōu)化設計方法研究的基礎上的效率。 11 參考文獻 l ， T S。 a m 200o。 35 (1)： 15 40 2 ， ， ， et A on u ts 2003， 43(7)： 721 730 3 ， M。 of 000 2001， 174 188 4 C M， 。 A of 113(3)： 220 226 5 ， I， ， 。 33(6)： 661 6 ， ， X， et - by a 2004， 20， (3)： 538 543 7 M， 。 i 1997， 2l(4)： 377 398 8 K， ， H， et on 203766 3771 9 。 ie of 2004， 39(6)： 583 60l 10 a A A。 270-3 l0