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柔索机器人是为了适应高精度和大空间工作要求而出现的一种新型机构,采用柔性钢索替代刚性杆件传动机构,充分发挥柔索质量轻、噪声低、无需润滑、易于维护的特点,在减轻机器人质量的同时减少了误差叠加,大大提高了执行终端的运动精度。柔索的伸长和收缩的范围大,可为执行器提供更广阔的工作空间。柔索独特的物理特性,使柔索机器人同时兼具串联机器人和并联机器人的工作特点,受到国内外研究人员的瞩目,并逐渐应用于各种工业领域。本文在总结国内外研究成果的基础上,对多自由度并联加工机器人深入探索,以获得可供实际应用的系统参数,具有重要的理论和实际意义。
设计出一种六自由度柔索驱动并联机器人,采用七根柔索以力闭合方式驱动机器人动平台运动,完成零部件设计与总体装配;基于ANSYS有限元分析方法,建立了系统基座的有限元分析模型,进行结构静力学分析,得到固定位置下基座的应力应变特性,确定机器人稳定性结构参数;完成动力学模态分析,获得系统前五阶固有频率,分析可知基座固有频率位于30Hz到167Hz之间,应避免工作时引入频率在该区间内的振动。
以创新的思路将Newton法与Lagrange法相结合,建立了结构清晰、高效精准的系统动力学方程,引入数值算例,利用MATLAB编程对其求解,获得了系统动力学逆解。研究结果表明,该方法可以简化编程求解过程,有一定的理论意义和实用价值。
基于柔索驱动并联机器人的动力学模型对其控制系统进行设计,在Simulink环境中对控制系统进行建模,并通过仿真对控制方案进行验证。选择合适的硬件设备,建立了完整的WDPR系统样机,分析了控制系统软硬件的性能特征,利用DMC控制器及编程软件实现对WDPR的运动控制。