【正文】 究與開發(fā)并在部分場合得到了應用。在并聯(lián)機器人機構體系中，有著多種機構種類劃分方法，按照自由度劃分，有2個自由度、3個自由度、4個自由度、5個自由度和6個自由度并聯(lián)機器人，其中2~5個自由度機器人被稱為少自由度機器人；按照機器人機構結構劃分，可分為平面結構機器人、球面結構機器人和空間結構機器人。由于存在著許多其它影響精度的因素，如制造和安裝誤差，連接桿上下鉸接處的間隙，桿長偏差對動平臺位置精度的影響等等。由于有些機械手具有作業(yè)空間小和奇異點多的不足，目前理論的研究有是圍繞著擴大作業(yè)空間、改善靈活性、回避奇異點的運動特性和運動規(guī)律，這涉及到結構學、運動學、動力學、機構學、數(shù)學等研究領域。日本的田和雄、內(nèi)山勝等人則利用并聯(lián)機構開發(fā)宇宙飛船空間對接器等。國內(nèi)燕山大學的黃真教授自1982年以來在美國參加了此項內(nèi)容的研究，并于1983年取得了突破性的進展。目前，世界上機器人無論是從技術水平上，還是從己裝備的數(shù)量上，優(yōu)勢集中在以美日為代表的少數(shù)幾個發(fā)達的工業(yè)化國家。隨著并聯(lián)機器人技術的發(fā)展，少自由度并聯(lián)機構因其結構簡單、經(jīng)濟，引起了許多學者的廣泛興趣。 為了彌補串聯(lián)機器人的不足，人們提出了一種新型的具有多運動鏈結構的機器人——并聯(lián)機器人。機器人技術的出現(xiàn)和發(fā)展不僅使傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)發(fā)生根本性的變化，而且對人類的社會生活也產(chǎn)生了深遠的影響。 Pro/E目 錄1前 言 1 1 1 1 2 2 3 4 52二自由度機器人系統(tǒng)方案設計 7 7 73二自由度機器人的結構設計與運動分析 8 8 8 8 10 10 11 124基于Pro/E軟件環(huán)境下二自由度機器人的結構設計 16 Pro/E軟件簡介 16 17 17 18 19 20 215基于Pro/E軟件環(huán)境下的機器人裝配及動態(tài)仿真 23 23 23 24 24 256基于AutoCAD軟件環(huán)境下的機械結構設計 31 31 32 33 347基于Ansys軟件環(huán)境下的有限元分析 36 36 37 378 總結與展望 40 40 41參考文獻 42致 謝 44附錄（一） 45附錄（二） 521前 言機器人技術是一門光機電高度綜合、交叉的學科，它涉及機械、電氣、 力學、控制、通信等諸多方面。s actual work space and movement. Finally, this institution in the practical application. The results show that the bination of good motor performance of the 2DOF parallel robot，good to meet the index requirements, and already have a certain amount of practicality.Keywords: 2DOF。最后指出了本機構的在實際中的應用。二自由度并聯(lián)機器人是并聯(lián)機器人家族中的重要組成部分，由于結構簡單、控制方便和造價低等特點，有著重要的應用前景和開發(fā)價值。本論文研究了一種新型二自由度平移運動并聯(lián)機構，該并聯(lián)機構采用類五桿機構，平行四邊形剛架結構來實現(xiàn)，可有效地消除鉸鏈間隙，提高動平臺的工作性能，同時有抵抗切削顛覆力矩的能力。并使用AutoCAD軟件進行了重要裝置和關鍵零件的工程圖繪制工作，利用ANSYS軟件分析了核心零件的力學性能。 parallel robot。機器人技術的發(fā)展，應該說是利用科學技術發(fā)展的一個綜合性的結果，同時，也是為社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生了重大影響的一門科學技術。最初人們應用開環(huán)串聯(lián)作為機器人操作機，因為它們具有像人手臂一樣的廣闊運動空間以及靈活機動性等優(yōu)點，但由于它們是懸臂結構，故承載能力差，在重載情況下容易彎曲變形，在高速運動時容易振動，且精確定位能力也不理想；后來人們觀察生物世界，發(fā)現(xiàn)動物肢體由多個并行的腿支撐，負載時平穩(wěn)，人類自身用雙手配合拿起重物時也較單臂時輕松，三個并行手指精確的使用能夠完成像書寫這樣的精細工作，人類從中受到啟迪，開始研制并聯(lián)機器人，并希冀并聯(lián)機器人具有較好的剛性和定位能力，從而更大限度滿足人們生活娛樂的需要[1]。從機構學上看，并聯(lián)機器人具有運動慣量低、剛度大、負載能力強等優(yōu)點，這恰恰彌補了串聯(lián)機器人的不足，使得并聯(lián)機器人成為一個潛在的高性能運動平臺。并聯(lián)機器人的出現(xiàn)可以追溯至20世紀30年代。我國工業(yè)機器人起步于20世紀70年代初，大致可分為三個階段:70 年代萌芽期，80年代的開發(fā)期，90年代的實用化期。在國內(nèi)，黃真教授在并聯(lián)機器人方面做出了較突出的貢獻，1991年他研制出我國第一臺六自由度并聯(lián)機器人樣機，；1994年又研制出柔性鉸鏈并聯(lián)式六自由度機器人誤差補償器，；然后在1997年出版了我國第一部關于并聯(lián)機器人理論及技術的專著。多自由度機械手的理論研究涉及到許多現(xiàn)代控制、現(xiàn)代測量、建模仿真等科技。一些學者對此進行了專門的研究并建立了相應的精度分析模型。多自由度機械手以其獨特的結構和先進的控制技術，其在生產(chǎn)生活中的地位越來越重要。但是目前仍然存在著工作空間較小、運動范圍有限的缺點。許多學者研究了少自由度機構，有兩轉動一平動、三轉動兩平動、兩轉動兩平動機構等，香港科技大學研制并出了平面 2 自由度驅動冗余并聯(lián)機器人樣機，通過增加一個串聯(lián)分支同時增加一個驅動，構建了平面2自由度驅動冗余并聯(lián)機器人，這種驅動冗余并聯(lián)機器人的特點在于能克服瞬時自運動奇異而改善機構的靈巧性，同時減小了原非驅動冗余機構的理論可達工作空間。但有些少自由度機構的許多結構、運動學等辦面的性質尚未被認識，目前國內(nèi)外現(xiàn)有的空間機構綜臺與組成原理上不成熟，仍存在許多及待解決的問題。最后對其進行運動學的仿真，驗證并聯(lián)機器人的工作空間和運動情況。最后設計整體機械結構，并使用Pro/E模擬仿真。2二自由度機器人系統(tǒng)方案設計二自由度并聯(lián)機器人機構（），將兩電機設置在固定支架上，固定平臺與作兩自由度平移運動的運動平臺通過兩條運動支鏈鏈接并形成一個封閉的結構。主動連桿有兩根，安裝在連桿安裝座上。，可有效地消除鉸鏈間隙，提高動平臺的工作性能。 連桿機構結構簡圖，工作機構位于中間三角形部分，為滿足工作條件，需要L1，L4兩個桿件主動運動，即可控制工作機構在所需空間運動。已知五桿桿長AB、BC、CD、DE、EA分別為LLLLL5在五連桿運動過程中，欲求出點 C的運動軌跡域，需先找出點C 的幾個極值位置的點，分析可知點C可達到的距固定鉸支點A的最遠距離為以點A為圓心以l1+ l2為半徑的圓內(nèi)，同樣可達到的距鉸支點E的最遠距離為以E點為圓心，以l3+ l4為半徑的圓內(nèi)，而點C可達到的距固定鉸支點A的最近距離為以點A 為圓心以l1?l2為半徑的圓內(nèi)區(qū)域，同樣可達到的距鉸支點E的最近距離為以E點為圓心，以l3?l4為半徑的圓內(nèi)，現(xiàn)令根據(jù)上述原理，選定工作空間為200180mm2，對4桿進行研究， L1的工作空間是半徑為L1的圓域（設為圓1），L2的工作空間在以半徑L1+L2為半徑的圓2和圓1間，L3的工作空間是半徑 為L3的圓域（設為圓3），L4的工作空間在以半徑L3+L4為半徑的圓4和圓3間。以O為端點建立水平軸，以O為圓心，以L1和L2為（目前均未知）半徑畫同心圓，其中圓2過BC中點。做兩處調(diào)整：使約束L2端點的工作空間與圓1有一定距離，從而避免L1和L2干涉，考慮到L3和L4的平行桿間比L1和L2更容易干涉，使整體工作空間往左偏移中線20mm。 連桿長度示意圖 五桿構件運動學分析參考圖，由于機構的特殊性，O點平動，其運動和受力同C點一致，為了簡化計算過程，可分析C代替O點，期中l(wèi)1，l2，l3，l4，l5代表五桿桿長，兩原動件相位角為和，角速度為和，角加速為和。同理可以求出，這樣也就求出了B、D點的坐標。我們的目的是通過列出動力學方程來求出作用在驅動桿件上的平衡力矩。由得，由得，又由質心1處的速度得由得構件4的偏速度、偏角速度可由約束條件獲得，把機構虛擬成封閉的矢量圖，可得 （）對式（）兩端求導得（）由式（）可得從而因為所以同理可得、廣義慣性力和Kane方程在Kane方程中，理想約束力所對應的廣義主動力等于零。廣義主動力和為 （）廣義慣性力的求解略復雜，它包括各構件的慣性力和慣性力矩。在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，并作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣，是現(xiàn)今最成功的CAD/CAM軟件之一。Pro/E的主要特征有：；；；；；；；。基于此開發(fā)出來的第三代機械CAD/CAM/CAE產(chǎn)品 Pro/E在當今同類產(chǎn)品中代表著較高的水平。電機型號具體說明。伺服電機工作機的工況系數(shù)，故計算轉矩 工作情況系數(shù)工作機原動機為電動機時轉矩變化很小的機械轉矩變化較小的機械轉矩變化中等的機械轉矩變化和沖擊載荷中等的機械轉矩變化和沖擊載荷大的機械根據(jù)實際需要，采用一體化，小型，低慣量的彈性管STL367J聯(lián)軸器。軸的結構設計[2023]。（2）軸段1部分安裝聯(lián)軸器，因為該軸段在軸承座內(nèi)，又根據(jù)初選型號為STL367J的聯(lián)軸器尺寸，確定l1=25mm。（4）根據(jù)所設計的連桿，則軸段3，4，5長度分別取l3=，l4=65mm，l5=9mm安裝支架主要以鋁型材構成，用T型螺栓固定，用角件（）加固。：由于制作過程沒有經(jīng)歷熱焊接，材料無變形，所以裝配精度高；而使用熱焊接的傳統(tǒng)材料則不可避免的要出現(xiàn)變形，從而影響最終裝配精度。 角件 安裝結構5基于Pro/E軟件環(huán)境下的機器人裝配及動態(tài)仿真虛擬裝配是一種零件模型按約束關系進行重新定位的過程，它是根據(jù)產(chǎn)品設計的形狀特性、精度特性，真實地模擬產(chǎn)品的三維裝配關系，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實模擬裝配過程及特點。虛擬裝配中首先要對連桿機構進行裝配，該機構主要由連桿，軸，軸承組成。 安裝支架模型圖在裝配過程中首先將工作面裝配到支架上，然后將連桿機構裝配好，再將兩個輸入軸裝配于軸承座上，并通過聯(lián)軸器與電機軸配合裝配，完成最后的裝配。 電機定義。 位置曲線。這些領域中包括建筑、機械、測繪、電子以及航空航天等。雖然在Pro/E中可以對工程圖進行尺寸、公差等的標注，但由于在Pro/E中是對實體作標注，轉成二維工程圖時往往不符合我國的制圖標準，因此應在AutoCAD中完成尺寸標注工作和添加標題欄、技術要求等內(nèi)容，即利用Pro/E的參數(shù)化造型技術，對零件直接進行三維模型設計；對零件設計修改，直至確定無誤后再將設計好的三維模型轉化為二維工程圖，然后調(diào)入AutoCAD 中進行編輯，最后得到符合企業(yè)需要的、完善的工程圖。首先部件圖的導入要在Pro/E軟件中新建一個繪圖模式的文檔，然后重新在組件模式中編輯自己想要的視圖，確定主視圖、俯視圖、左視圖的位置，接下來將實體模型投影到繪圖模式下?？讖降拇笮「鶕?jù)選用的電機、聯(lián)軸器等部件確定，根據(jù)孔徑的和連桿長度，擬定連桿的高度，寬度等各量的值，繪制出連桿的三維圖，然后在Pro/E軟件環(huán)境下制成三視圖。 二自由度機器人的實體模型 二自由度機器人工程圖7基于Ansys軟件環(huán)境下的有限元分析有限單元法起源于20世紀50年代的航空領域中飛機結構的矩陣分析，至今經(jīng)歷了50年的研究發(fā)展。不僅用于研究物質機械運動的規(guī)律，還用于研究熱運動和電磁運動的規(guī)律。結構分析是有限元分析中最常用的一個應用領域。諧響應分析——確定線性結構對隨時間按正弦曲線變化的載荷的響應。）專項分析：斷裂分析，復合材料分析，疲勞分析，可靠度分析。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。所產(chǎn)生的形變基本可以忽略不記，而所承受的力又遠大于其因承受的力，所以設計滿足負載要求。本文主要設計二自由平移運動并聯(lián)機器人機構，并以此為研究對象，進行了自由度數(shù)的理論證明和仿真驗證，以及運動學分析。設計中的主要工作及成果如下:第1~2周 ，本階段是二自由度機器人的相關內(nèi)容進行了解。第3~4周 ，在這個階段，通過與指導老師的交流，敲定二自由度并聯(lián)機器人的結構，對參考文獻中所提到的各種方法，進行學習分析，結合自己的設計內(nèi)容及工作條件，選用軟件中的尺寸驅動的方式來完成連桿機構的尺寸計算。最后把所有的零部件進行裝配，在Pre/E軟件環(huán)境下進行模擬仿真。整個設計的創(chuàng)新點在于對工作平臺的框架設計，可以自由選擇合適安裝工作系統(tǒng)，在工作區(qū)間完成工作要求。但是，因為所學習的知識有限，許多思考出來的東西，還不能運用到實際的設計中去，所以，只能另尋他路，這是我在設計中存在的不足，我會在未來的時間里進行更深入的學習，才能使自己設計出的東西更加嚴謹、完美。，但在其滿足工作需要這一問題上，對尺度分析方面，因為知識量不足的原因，只能選擇用模擬驅動方式來確定。，未來還可以把工作面的安裝設計的更加方便快捷，使得二自由度并聯(lián)機器人對各種不同的工作方式，有更好的兼容性，轉換的更加便捷。 indicates that the object can rotate about the yaxis.Observing only leg 1, the capability of the endeffector in the leg can be expressed as . Letting leg 1 alone, the capability of the ende