3-prr平面并联机器人运动仿真.doc
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3-prr平面并联机器人运动仿真,摘 要并联机器人具有结构简单、刚度大、承载能力强、自重负荷小、动力性能好、定位精度高等优点，所以它的应用领域不断扩大。本文选取三自由度p-r-r型平面并联机构为研究对象，目标是建立3-prr型平面并联机器人的模型。对该模型动力学、静力学的研究以及对机构整体精度误差的分析，都为平面三自由度工作平台的研制提供了理论依据。本...
内容介绍
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摘 要
并联机器人具有结构简单、刚度大、承载能力强、自重负荷小、动力性能好、定位精度高等优点，所以它的应用领域不断扩大。本文选取三自由度P-R-R型平面并联机构为研究对象，目标是建立3-PRR型平面并联机器人的模型。对该模型动力学、静力学的研究以及对机构整体精度误差的分析，都为平面三自由度工作平台的研制提供了理论依据。本研究丰富了平面并联机器人的类型，为该模型的实用化奠定了基础。
首先，本文从动力学研究入手，建立了并联机器人的三维实体模型。结合拉格朗日方程和虚功原理建立了并联机构的动力学数学模型。利用ADAMS软件，对并联机构进行了仿真研究，绘出了运动学、动力学的输入输出之间的关系曲线。该仿真实现了并联机构运动的可视化，并且首次尝试运用仿真法确定出并联机构的一种奇异位姿。
其次，对并联机构的关键部位进行静力学有限元分析。利用ABAQUS有限元分析软件，研究了机构不同位姿、不同载荷下的应力应变情况。然后找出机构的危险截面，为机构的结构设计与优化提供参考依据。
然后，对并联机器人的精度进行了分析。应用并联机构的输入输出微分关系，建立并联机构的输出位姿正解的数学模型，并提出位姿误差正解的分析方法。利用计算机仿真，分析出对误差影响较大的因素。提出了一种误差补偿的办法，可以降低位姿输出误差。
最后，对物理样机进行了改进。分析了样机运动时存在的问题，参考前面动力学和静力学分析的数据对样机进行了改进。改进样机后精度有所提高，从而验证了理论研究与分析的正确性以及物理样机在研究中的重要性。
关键词：平面并联机器人；动力学；静力学；精度分析；物理样机
Abstract
Parallel robot has many advantages such as a simple structure, big stiffness, high load capacity, small heavy-duty, good dynamic performance and high position precision, so it is applied in the expanding areas. The thesis selects three degree of freedom PRR planar parallel mechanism for study and the goal is to create a 3-PRR planar parallel robot model. We do the research of its dynamics, static and the analysis of the overall precision error in order to provide a theoretical basis for the working platform with three degree of freedom. This study enriches the type of planar parallel robot and laid the foundation for the model practice.
Firstly, the thesis begins with the study of dynamics and establishes the solid model of parallel robot. Combining with the Lagrange equations and virtual principle, we establish the mathematical model of the robot dynamics. According to using ADAMS software, we do the simulate study of the robot and draw the input and output curves of the kinematics and dynamics. The simulation fulfills the robot’s visualization and we find out a singular posture of the parallel robot by simulation.
Secondly, we do the static finite element analysis about the key parts of the robot. Using ABAQUS finite element analysis software, we study the stress and displacement of the robot in different pose and load conditions. Then, we find out the dangerous sections of the parallel mechanism in order to provide the reference for the design of the robot.
Then, we do the analysis about the accuracy of the parallel robot. Applying the input and output differential, we establish the foreword solution mathematical model the output pose of the robot and propose the analysis method of pose error. Using computer simulation, we find out the factors which affect the pose error mostly. We propose a method of error compensation and it can reduce the output pose error.
Finally, we improve the physical model. By analyzing the problem of the robot when it moving, we improve the physical model by the data from the research of dynamics and statics. After the model improved, we find that the accuracy of the robot increased, which verifies the correctness of theoretical research and analysis as well as the physical model of the importance in the study.
Key words: Planar Parallel Robot; Dynamics; Statics; Accuracy Analysis; Physical Model
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1机器人发展历史 1
1.1.1 机器人发展概况 1
1.1.2机器人技术的应用 2
1.2并联机器人国内外研究现状及发展趋势 2
1.2.1并联机器人国内外研究现状 2
1.2.2发展趋势 4
1.3选题来源与研究内容 5
1.3.1选题来源和研究意义 5
1.3.2研究内容及章节安排 5
第2章 多体动力学基础理论 8
2.1多体系统动力学基础理论 8
2.1.1 多体系统动力学研究进展 8
2.1.2多体系统动力学方程的结构形式 8
2.1.3 多体系统动力学方程的数值求解 9
2.2多刚体系统动力学模型 10
2.3本章小结 13
第3章 平面并联机构动力学分析 14
3.1平面并联机器人运动简图 14
3.1.1 平面并联机器人自由度分析 14
3.1.2 并联机器人闭环矢量的构成 15
3.2 并联机构动力学数学模型的建立 16
3.3 运动仿真 18
3.3.1 仿真模型的建立 18
3.3.2添加约束与载荷 19
3.3.3运动仿真及分析 20
3.4 本章小结 23
第4章 平面并联机构静力学分析 24
4.1 ABAQUS有限元分析软件介绍 24
4.1.1 ABAQUS软件简介 24
4.1.2 ABAQUS软件的主要模块 24
4.2 机构静力学分析 25
4.2.1 并联机构位姿的选择 25
4.2.2有限元模型的建立 26
4.3有限元分析结果与后处理 30
4.3.1位姿一的静力学分析结果： 30
4.3.2位姿二的静力学分析结果： 34
4.3.3两种位姿结果对比分析 38
4.4本章小结 39
第5章 平面并联机器人精度分析 40
5.1精度分析方..
并联机器人具有结构简单、刚度大、承载能力强、自重负荷小、动力性能好、定位精度高等优点，所以它的应用领域不断扩大。本文选取三自由度P-R-R型平面并联机构为研究对象，目标是建立3-PRR型平面并联机器人的模型。对该模型动力学、静力学的研究以及对机构整体精度误差的分析，都为平面三自由度工作平台的研制提供了理论依据。本研究丰富了平面并联机器人的类型，为该模型的实用化奠定了基础。
首先，本文从动力学研究入手，建立了并联机器人的三维实体模型。结合拉格朗日方程和虚功原理建立了并联机构的动力学数学模型。利用ADAMS软件，对并联机构进行了仿真研究，绘出了运动学、动力学的输入输出之间的关系曲线。该仿真实现了并联机构运动的可视化，并且首次尝试运用仿真法确定出并联机构的一种奇异位姿。
其次，对并联机构的关键部位进行静力学有限元分析。利用ABAQUS有限元分析软件，研究了机构不同位姿、不同载荷下的应力应变情况。然后找出机构的危险截面，为机构的结构设计与优化提供参考依据。
然后，对并联机器人的精度进行了分析。应用并联机构的输入输出微分关系，建立并联机构的输出位姿正解的数学模型，并提出位姿误差正解的分析方法。利用计算机仿真，分析出对误差影响较大的因素。提出了一种误差补偿的办法，可以降低位姿输出误差。
最后，对物理样机进行了改进。分析了样机运动时存在的问题，参考前面动力学和静力学分析的数据对样机进行了改进。改进样机后精度有所提高，从而验证了理论研究与分析的正确性以及物理样机在研究中的重要性。
关键词：平面并联机器人；动力学；静力学；精度分析；物理样机
Abstract
Parallel robot has many advantages such as a simple structure, big stiffness, high load capacity, small heavy-duty, good dynamic performance and high position precision, so it is applied in the expanding areas. The thesis selects three degree of freedom PRR planar parallel mechanism for study and the goal is to create a 3-PRR planar parallel robot model. We do the research of its dynamics, static and the analysis of the overall precision error in order to provide a theoretical basis for the working platform with three degree of freedom. This study enriches the type of planar parallel robot and laid the foundation for the model practice.
Firstly, the thesis begins with the study of dynamics and establishes the solid model of parallel robot. Combining with the Lagrange equations and virtual principle, we establish the mathematical model of the robot dynamics. According to using ADAMS software, we do the simulate study of the robot and draw the input and output curves of the kinematics and dynamics. The simulation fulfills the robot’s visualization and we find out a singular posture of the parallel robot by simulation.
Secondly, we do the static finite element analysis about the key parts of the robot. Using ABAQUS finite element analysis software, we study the stress and displacement of the robot in different pose and load conditions. Then, we find out the dangerous sections of the parallel mechanism in order to provide the reference for the design of the robot.
Then, we do the analysis about the accuracy of the parallel robot. Applying the input and output differential, we establish the foreword solution mathematical model the output pose of the robot and propose the analysis method of pose error. Using computer simulation, we find out the factors which affect the pose error mostly. We propose a method of error compensation and it can reduce the output pose error.
Finally, we improve the physical model. By analyzing the problem of the robot when it moving, we improve the physical model by the data from the research of dynamics and statics. After the model improved, we find that the accuracy of the robot increased, which verifies the correctness of theoretical research and analysis as well as the physical model of the importance in the study.
Key words: Planar Parallel Robot; Dynamics; Statics; Accuracy Analysis; Physical Model
目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1机器人发展历史 1
1.1.1 机器人发展概况 1
1.1.2机器人技术的应用 2
1.2并联机器人国内外研究现状及发展趋势 2
1.2.1并联机器人国内外研究现状 2
1.2.2发展趋势 4
1.3选题来源与研究内容 5
1.3.1选题来源和研究意义 5
1.3.2研究内容及章节安排 5
第2章 多体动力学基础理论 8
2.1多体系统动力学基础理论 8
2.1.1 多体系统动力学研究进展 8
2.1.2多体系统动力学方程的结构形式 8
2.1.3 多体系统动力学方程的数值求解 9
2.2多刚体系统动力学模型 10
2.3本章小结 13
第3章 平面并联机构动力学分析 14
3.1平面并联机器人运动简图 14
3.1.1 平面并联机器人自由度分析 14
3.1.2 并联机器人闭环矢量的构成 15
3.2 并联机构动力学数学模型的建立 16
3.3 运动仿真 18
3.3.1 仿真模型的建立 18
3.3.2添加约束与载荷 19
3.3.3运动仿真及分析 20
3.4 本章小结 23
第4章 平面并联机构静力学分析 24
4.1 ABAQUS有限元分析软件介绍 24
4.1.1 ABAQUS软件简介 24
4.1.2 ABAQUS软件的主要模块 24
4.2 机构静力学分析 25
4.2.1 并联机构位姿的选择 25
4.2.2有限元模型的建立 26
4.3有限元分析结果与后处理 30
4.3.1位姿一的静力学分析结果： 30
4.3.2位姿二的静力学分析结果： 34
4.3.3两种位姿结果对比分析 38
4.4本章小结 39
第5章 平面并联机器人精度分析 40
5.1精度分析方..
