摘要

并联机器人是人类全新的机器人,它具有刚度大!承载能力强!精度高!自重负荷比小!动力性能好等一系列优点,与目前广泛应用的串联机器人在应用上构成互补关系,因而扩大了机器人的应用领域"Delta并联机器人是最典型的空间三自由度移动的并联机构,Delta机构整体结构简单!紧凑,驱动部分均布于固定平台,这些特点使它具有良好的运动学和动力学特性,实验条件下末端控制加速度可高达5.09-(重力加速度)"大量的实践证明,Delta机构是迄今为止设计最成功的并联机构之一"目前,Delta并联机器人己经广泛应用于化妆品!食品和药品的包装和电子产品的装配"机器人的运动学是机器人动力学!机器人控制和规划的基础,在机器人研究中占有重要的地位"运动学研究内容包括正向运动学和反向运动学,对于并联机器人,其反向运动学相对简单而正向运动学复杂"本文对三自由度Delta机器人运动学进行了研究"通过对Delta机器人结构的分析,建立了运动学模型,确定了各个构件的空间位姿"基于动平台与静平台之间的矢量关系以及机构的约束方程,建立了该机构的运动学方程,推导出位置反解公式,同时给出了位置正解的数值解法"在位置反解方程的基础上,分析了Delta机器人的工作空间,推导出该机构的雅可比矩阵,并对速度和加速度进行了求解.。

关键词：机器人，方案，设计，仿真

第1章引言

近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义的。

1.1. 我国机器人研究现状

机器人是一种能够进行编程在自动控制下执行某种操作或移动作业任务的机械装置。机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。最初我国在机器人技术方面的主要目的是跟踪国际先进的机器人技术，随后，我国在机器人技术及其应用方面取得了很大成就。主要研究成果有：哈尔滨工业大学研制的两足步行机器人，北京自动化研究所1993 年研制的喷涂机器人，1995 年完成的高压水切割机器人，国家开放实验和研究单位沈阳自动化研究所研制的有缆深潜300m 机器人，无缆深潜机器人，遥控移动作业机器人，2000 年国防科技大学研制的两足类人机器人，北京航空航天大学研制的三指灵巧手，华南理工大学研制的点焊、弧焊机器人，以及各种机器人装配系统等。我国目前拥有机器人 4000 台左右，主要在工业发达地区应用，而全世界应用机器人数量为83 万台，其中主要集中在美国、日本等工业发达国家。在机器人研究方面，我国与发达国家还有一定差距。机构学形成并发展于十八世纪下半叶，迄今创造了各种新型机构，被广泛地应用在工业、农业、国防以及日常生活等诸多领域[1]。常用的机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、挠性机构等[2-4]。其中，连杆机构应用最为广泛。按照构件之间的相对运动为平面运动和空间运动，连杆机构可以分为平面连杆机构和空间连杆机构。空间连杆机构可分为开链机构和闭链机构。闭链机构分为单闭环链和多闭环链机构。无悬杆的单闭合运动链有相同数目的构件和运动副，运动链是否能够运动决定于构件及运动副的类型和数目[5]。空间单闭链连杆机构运动巧妙，获得许多学者的关注。机器人机构学是机构学研究的一个分支。两足机器人是机器人学研究的主要对象之一，其系统全面研究开始于二十世纪60年代[6-9]，研究主要集中在仿人机器人[10-18]、辅助行走机器人[19-21]和被动行走两足机器人[22-26]领域。本文的研究动机是试图将传统的机构学应用在两足机器人领域，尝试拓展机构学的应用空间，同时尝试提出两足机器人的新构型和新应用。以下分别介绍空间单闭链连杆机构和两足机器人的研究概况。