三自由度并聯(lián)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計

三自由度并聯(lián)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計一、緒論（一）研究背景并聯(lián)機器人的最初的機構(gòu)構(gòu)想可追溯到1895年,數(shù)學(xué)家Cauchy研究一種“用關(guān)節(jié)連接的八面體”,這是目前為止知道的最早的并聯(lián)機構(gòu)。1938年,Pollard設(shè)計一種并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計汽車噴漆裝置。1949年,V1E1Gough設(shè)計了一種類似的機構(gòu)用來檢測輪胎,這是真正得到運用的并聯(lián)機構(gòu)。1965年D1Stewart首次提出一種6條腿連接固定基座與動平臺的六自由度并聯(lián)機構(gòu),它通過6根支桿將動平臺和基座連接起來，而每個根支桿同時還可以單獨地自由伸縮，支桿與動平臺、基座之間通過球鉸相連接，這樣動平臺就可以相對于基座實現(xiàn)6個自由度，到1978年，澳大利亞著名機構(gòu)學(xué)教授Hunt指出,可以Stewart機構(gòu)作為機器人機構(gòu),并聯(lián)機器人這才引起學(xué)術(shù)界的重視。Delta并聯(lián)機器人，它是一種具有三個平動自由度的高速并聯(lián)機器人，具有較好的運動學(xué)和動力學(xué)特性，常被應(yīng)用于輕工業(yè)的包裝，pick-and-place操作，醫(yī)學(xué)手術(shù)等領(lǐng)域。例如，瑞士巧克力生產(chǎn)家chocolatFrey，運用了BOCH的包轉(zhuǎn)技術(shù)公司SIGPICKSYSTEMSAG所提供的新生產(chǎn)線，在這條生產(chǎn)線上，通過Delta機器人將巧克力放到包裝盒里，之后再將包裝盒放到紙箱中，整個操作系統(tǒng)過程簡單易行，當要生產(chǎn)新規(guī)格的產(chǎn)品使只要簡單的修改操作系統(tǒng)，這種簡易性讓該公司較快地應(yīng)對市場的新需求。在改革開放的關(guān)鍵時期，各個行業(yè)處于黃金發(fā)展時段，尤其是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。隨之而來市場的快速發(fā)展為我們帶來了絕佳的研究機遇，所以我認為在國內(nèi)大力發(fā)展現(xiàn)代化工業(yè)同時，機器人將會是一個不可避免的話題。當我國進入老齡化社會時國內(nèi)勞動力將會逐漸減少，許多傳統(tǒng)工業(yè)危險和重復(fù)性高的工作必將通過機器人來執(zhí)行，目前國外的機器人技術(shù)已趨向成熟，而國內(nèi)的機器基礎(chǔ)較為薄弱，發(fā)展水平還相對較低，所以難以應(yīng)對發(fā)展趨勢。Delta機器人，作為機器人行業(yè)中的姣姣者，值得我們?nèi)パ芯亢吞接懫鋬r值。（二）并聯(lián)機器人的特點及應(yīng)用1.并聯(lián)機器人的特點與傳統(tǒng)的串聯(lián)機構(gòu)相比，并聯(lián)機構(gòu)具有以下特點：(1)并聯(lián)機構(gòu)的動平臺通過6或3根驅(qū)動桿支撐，在相同的自重和體積下，其承載能力比串聯(lián)機構(gòu)的承載能力強。(2)串聯(lián)機構(gòu)的末端件上的誤差容易產(chǎn)生積累和放大從而導(dǎo)致精度低，相比之下并聯(lián)機構(gòu)各個桿件的誤差構(gòu)成平均值，形成最終的誤差相對較小而精度高。(3)通?；诖?lián)機構(gòu)的機器人將電機安裝在運動的大小臂上，增加系統(tǒng)運動慣性，而并聯(lián)機器人則可以將電機安裝在固定支座上，減少不必要的荷載，因此其動力性能要比串聯(lián)機器人好。(4)在位置分析上，并聯(lián)機構(gòu)反解相對于正解更容易得到，而串聯(lián)機構(gòu)的正解容易而反解難，所以并聯(lián)機構(gòu)更容易實現(xiàn)對機構(gòu)的實時控制。(5)由于并聯(lián)機構(gòu)動力學(xué)特性具有高度非線性、強耦合的特點，使得其控制較為復(fù)雜。從以上分析可知，并聯(lián)機構(gòu)所具有的優(yōu)點正好是目前串聯(lián)機構(gòu)本身所欠缺的，而串聯(lián)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單、運動空間大、成本低等特點也恰好是并聯(lián)機構(gòu)所要解決的問題，兩者形成互補的關(guān)系，有些學(xué)者也稱之為“對偶”關(guān)系。由于兩者的對偶關(guān)系，使其兩者不存在替換的關(guān)系，所以并聯(lián)機器人的出現(xiàn)擴展機器人的應(yīng)用領(lǐng)域。2.并聯(lián)機器人的應(yīng)用：在對并聯(lián)機器人研究不斷深入的同時，并聯(lián)機器人的運用領(lǐng)域也隨之擴展。(1)運動模擬器。通過這種運動模擬器可以在產(chǎn)品周期前期及時發(fā)現(xiàn)問題,減少風險，通過綜合系統(tǒng)驗證來解決系統(tǒng)間的動態(tài)匹配關(guān)系，減少開發(fā)費用，加速研制的進度。[1](2)并聯(lián)機床。并聯(lián)機床結(jié)構(gòu)簡單，傳動鏈短，剛度大、質(zhì)量輕、成本低，容易實現(xiàn)“6軸聯(lián)動”，能加工更加復(fù)雜的三維曲面。還具有環(huán)境適應(yīng)性強的特點，便于重組和模塊化設(shè)計，可構(gòu)成形式多樣的布局和自由度組合。(3)工業(yè)機器人。伴隨工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，技術(shù)的進步，工業(yè)機器人已被大多數(shù)的企業(yè)所認識和接受。工業(yè)機器人的應(yīng)用不僅保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，還可以減少特殊的環(huán)境對人員的傷害情況發(fā)生。微動機構(gòu)。微動機構(gòu)是并聯(lián)機器人的重要應(yīng)用。微動機構(gòu)發(fā)揮了并聯(lián)機構(gòu)的特點，工作空間不大，但精度和分辨率非常高。(5)醫(yī)用機器人。醫(yī)療機器人已逐漸成為醫(yī)學(xué)外科學(xué)會和機器人學(xué)會關(guān)注的焦點。醫(yī)療機器人具有選位精準、動作精細，避免病人傳染等特點，近年來已被多個國家的學(xué)術(shù)界所關(guān)注。3.Delta機器人的介紹1985年，Clavel提出了一種稱為Delta的三維移動機構(gòu)，如圖1.1所示，許多空間三自由度并聯(lián)機構(gòu)都是基于Delta機構(gòu)所衍生的。三自由度的Delta機構(gòu)是通過三組運動鏈連接固定平臺和動平臺的空間機構(gòu)，如圖1.1所示，上方的平臺是固定的，稱為固定平臺，下方的平臺是運動的，稱為動平臺。固定平臺、動平臺之間通過三條一樣的運動鏈連接，而每條運動鏈中都有一個由桿件與球鉸組成的平行四邊形閉環(huán)，此閉環(huán)連接了動平臺與驅(qū)動臂，驅(qū)動臂與固定平臺之間通過旋轉(zhuǎn)副連接。采用三組平行四邊形結(jié)構(gòu)保證了動平臺與固定平臺始終保持平行，從而只保留了空間的三個平動自由度。圖1.1Delta并聯(lián)機器人（三）本文主要研究工作由于Delta機構(gòu)要滿足在高速的速度和狹小的空間下實現(xiàn)精確定位，短時間的停止必將帶來大的慣性，我們知道在速度一定時，質(zhì)量越大，則慣性力越大，而過大的慣性力將是Delta機構(gòu)所無法承受的。所以本論文在Delta機構(gòu)及其運動特性的基礎(chǔ)上研究一種輕型三自由度并聯(lián)機器人，該機器人基于Delta機構(gòu)實現(xiàn)末端執(zhí)行器在X,Y,Z方向進給運動。本文研究內(nèi)容：一、緒論。本章對國內(nèi)外關(guān)于并聯(lián)機器人的研究背景進行了闡述；并簡述了Delta機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用；明確并聯(lián)機器人的研究意義，并提出本論文的研究內(nèi)容。二、三自由度并聯(lián)機器人機構(gòu)分析。本章是在對Delta機構(gòu)運動機理進行研究的基礎(chǔ)上，對機器人進行自由度分析、位置反解，建立其運動學(xué)模型。三、三自由度并聯(lián)機器人關(guān)鍵部件選型。本章通過對并聯(lián)機器人進行靜力學(xué)分析，得出關(guān)鍵零件的受力情況。然后根據(jù)受力情況選用適用的伺服電機、減速機以及球窩接頭。四、三自由度并聯(lián)機器人關(guān)鍵部件設(shè)計。并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)相對于串連機器人顯得簡單，但是合理的機構(gòu)對于并聯(lián)機器人的精度、壽命等都有著重要的影響。本章通過三維建模軟件SolidWorks構(gòu)建機器人的三維模型，且對關(guān)鍵零部件通過有限元分析進行強度校核，以使零部件滿足強度要求的前提下能夠盡量輕量化。五、三自由度并聯(lián)機器人運動學(xué)仿真。機器人運動學(xué)仿真的目的是通過考察各運動副及各部件的相對運動狀態(tài)，檢驗支鏈是否發(fā)生干涉。六、結(jié)論與展望。對于本文的主要研究工作進行總結(jié)和提出結(jié)論以及研究展望。二、三自由度并聯(lián)機器人的機構(gòu)分析（一）引言機構(gòu)的位置分析是求解機構(gòu)的輸入和輸出構(gòu)件之間的位置關(guān)系。[2]如果要對并聯(lián)機構(gòu)的速度、加速度、受力、工作空間以及動力進行分析，那首先得對并聯(lián)機器人進行位置分析。所謂位置分析是指求解機構(gòu)的輸入與輸出構(gòu)件之間的位置關(guān)系，是機構(gòu)分析的基本任務(wù)。位置分析在輸入與輸出的關(guān)系方面上主要包括位置正解、位置反解。當已知機構(gòu)的主動臂的位置時，求解其末端構(gòu)件的位姿時即為正解，反之，當已知末端構(gòu)件的位姿，求解其主動臂的位置則為反解。通常，串聯(lián)機構(gòu)的位置正解分析要比位置反解解分析簡單，而并聯(lián)機構(gòu)的位置正解要比位置正解解容易，這也是串并聯(lián)機構(gòu)本身的特點所決定的。鑒于本項目組員吳鵬的研究成果，本章簡略對基于Delta結(jié)構(gòu)的三自由度并聯(lián)機器人進行了位置反解分析，通過位置分析讓我們更好了解Delta結(jié)構(gòu)的運動學(xué)模型。（二）自由度分析機構(gòu)的自由度是指機構(gòu)具有確定運動時所必須給定的獨立運動參數(shù)的數(shù)目。當要確定一個機構(gòu)的位置時，需要確定獨立的廣義坐標的數(shù)目。運動副雖限制連接件之間的某些相對運動，但同時也允許連接件之間存在著一定的相對運動。一個剛體在空間里運動不受約束時，其質(zhì)心0具有6個自由度，即3個正交方向平動自由度和3個繞其質(zhì)心軸轉(zhuǎn)動自由度，所以要確定其位姿需要用6個獨立的參數(shù)。當剛體之間以運動副連接時，剛體之間的某些相對運動受到了限制，其自由度會隨之減少。機構(gòu)的自由度數(shù)目以M來表示，受到的約束以n來表示，則機構(gòu)的自由度與機構(gòu)的約束之間存在的關(guān)系式：M=6-n當要計算機構(gòu)的自由度數(shù)時，首先確定運動副對連接件的約束數(shù)目。在計算并聯(lián)機構(gòu)的空間自由度數(shù)時常采用Kutzbach-Grübler公式計算自由度，即（2.1）其中F——機構(gòu)的自由度n——構(gòu)件總數(shù)目（包含機架）g——運動副總數(shù)目——所有運動副自由度數(shù)目和分析該機構(gòu)，可得知該機構(gòu)存在局部冗余自由度，即兩球鉸之間的連桿可繞其軸向轉(zhuǎn)動，當計算自由度時應(yīng)將平行四邊形的兩個球鉸按虎克鉸考慮，進而避免局部自由度的產(chǎn)生，構(gòu)件的數(shù)目(包括機架)n=l1，運動副數(shù)g=15，所以F=6(11-15—1)+3×6+2×6+l×3=3，因此，Delta并聯(lián)機器人具有三個平移自由度。[3]（三）位置分析1.坐標系建立在建立坐標前，為了便于求解三自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)的空間位置關(guān)系，研究動平臺的運動規(guī)律，首先將結(jié)構(gòu)模型簡化，由于三自由度并聯(lián)結(jié)構(gòu)本身所帶有對稱的特點，可以以三根虛擬的桿件來代替三組平行四邊形，如圖2.1所示，相對固定平臺而言，動平臺只有平行移動，機構(gòu)中的三組平行四邊形沒有發(fā)生扭曲，始終為平面四邊形。因此，平行四邊中的兩桿的運動規(guī)律與假設(shè)其之間的虛擬桿件運動規(guī)律相同，固可將模型簡化如圖2.1。接著創(chuàng)建坐標系，原點O位于固定平臺的幾何中心的坐標系為靜坐標系O-XYZ，動坐標系的原點P位于動平臺幾何中心，其中Z軸，軸分別垂直于固定平臺和動平臺，圖形中，OX軸、軸分別垂直于、,OY軸、軸分別垂直于、.為主動桿，長度均為,為從動桿，長度為,為電機驅(qū)動臂對基座平臺的張角。圖2.1Delta機構(gòu)簡圖2.位置反解分析Delta機器人的固定平臺、動平臺通過三條分支鏈連接，在電機的驅(qū)動下，主動臂做一定的角度的反復(fù)擺動，進而將運動傳遞給平行四邊閉環(huán)和轉(zhuǎn)動副，從而驅(qū)使動平臺做平移運動。Delta機構(gòu)的位置反解，是在得知運動平臺的中心點在靜坐標的位置后，求解主動臂相對基座的旋轉(zhuǎn)角度，即電機的旋轉(zhuǎn)角度，具體分析如下：如圖2.2所示，動、靜平臺已知，.則點在靜坐標中的位置矢量為：圖2.2靜平臺鉸點分布角示意圖同理點在坐標系中的位置矢量為：根據(jù)幾何關(guān)系，點在坐標系中的位置矢量為假定矢量在O-XYZ坐標系中為,則矢量在O-XYZ坐標系中可以表示為：因此，根據(jù)，經(jīng)過化簡可得出以下等式：（2.2）整理可得（2.3）（2.4）（2.5）所以當給定運動平臺的x、y、z坐標，根據(jù)以上式子求出電機的輸入，及主動臂的張角：（四）本章小結(jié)本章主要通過對Delta機器人的機構(gòu)進行分析確立其運動模型，并列出相關(guān)的約束方程對機構(gòu)進行位置反解。三、三自由度并聯(lián)機器人關(guān)鍵部件選型（一）引言并聯(lián)機器人的結(jié)構(gòu)相對于串連機器人顯得簡單，但是合理的機構(gòu)對于并聯(lián)機器人的精度、壽命等都有著重要的影響。本章通過對并聯(lián)機器人進行靜力學(xué)分析，得出關(guān)鍵零件的受力情況。然后根據(jù)受力情況選用適用的伺服電機、減速機以及球窩接頭。（二）機構(gòu)的受力分析在對機構(gòu)的靜力情況進行分析時，主要通過動平臺的所受的最大負荷傳遞到從動桿、從動桿傳遞到主動桿，從而得出減速機所要輸出的最大扭矩。零件名稱零件重量動平臺()0.3KG從動桿（兩條）()0.5KG主動臂()0.7KG表3.1各零部件的重量圖3.1單運動鏈受力分析本文設(shè)計的機器人單條運動鏈所承受的最大載荷.（3.1）計算單個主動臂的受力，在C點位置進行受力分析,由于機構(gòu)受力平衡，所以（3.1）將如圖3.1分解為和,則減速機所要輸出的扭矩（3.2）綜上所得（3.3）所以當（3.4）（三）減速機的選型1.減速機外形選擇圖3.2減速機安裝示意圖在此設(shè)計中，選擇了直角型的減速機，目的是為了節(jié)省安裝空間，如圖3.2所示。市場上，直角形的減速機的價格比直通型的減速機價格要高，但精度相差一般在一個弧分內(nèi)，雖然直角型精度比直通型低一個弧分，但是在要求范圍內(nèi)，結(jié)合安裝位置的要求，我們初步選定直角型減速機。2.減速機的輸出形式減速機的輸出形式通常分為兩大種：軸輸出及法蘭輸出。圖3.3軸輸出型減速器圖3.４法蘭輸出型減速器由于軸輸出型的減速器的軸徑偏小，所以不能使用在扭矩要求較高的場合，除此之外，軸連接沒有辦法保證軸向的同軸度，所以不適合用于本論文中的并聯(lián)機器人。法蘭輸出型的減速機的優(yōu)點是軸向、徑向的配合都能保證在很高的精度要求內(nèi)，且由于輸出的法蘭軸徑比較大，所以能夠承受較大的扭矩沖擊。所以法蘭輸出型的減速機比較適用于本論文中的并聯(lián)機器人。減速機的減速比選擇在對機構(gòu)進行受力分析時，得知靜態(tài)時在主動臂的旋轉(zhuǎn)中心處的扭矩為：。在本論文中的并聯(lián)機器人的安全系數(shù)設(shè)定為：。所以減速機的額定輸出力矩。因為減速機的節(jié)數(shù)越大，外形尺寸就會越大，所以在選型中，我們在節(jié)數(shù)為一節(jié)的范圍內(nèi)選型。查詢產(chǎn)品目錄可知，減速機ADR064減速比為10：1的時候，額定輸出力矩為：，所以額定輸出力矩符合要求。如下表3.2所示，列出減速機ADR064減速比為10：1時的各項參數(shù)ADR064,減速比10：1,節(jié)數(shù)：1額定輸出力矩最大輸出力矩3倍額定輸出力矩額定輸入轉(zhuǎn)速最大輸入轉(zhuǎn)速精密背隙扭轉(zhuǎn)剛性最大彎曲力矩容許軸向力使用壽命效率重量使用溫度防護等級噪音值表3.2ADRO64參數(shù)（四）確定伺服電機的具體參數(shù)1.伺服電機的型號選擇本論文中的并聯(lián)機器人對電機的慣量以及輸出扭矩要求較高,同時由于機器人較小，所以選擇了高慣量的MHMD系列。2.確定伺服電機的具體參數(shù)在上文中，確定了減速機的減速比為10：1，所以靜止時伺服電機的承受的扭矩=（3.5）伺服電機承受的瞬時最大扭矩(3.6)查閱產(chǎn)品手冊可得，MHMD400W的額定扭矩：，瞬時最大轉(zhuǎn)矩：，額定轉(zhuǎn)速：，最高轉(zhuǎn)速：。選定的型號在滿足扭矩方面的要求的同時，額定轉(zhuǎn)速和最高轉(zhuǎn)速都能與減速機匹配，所以選定的型號能夠滿足設(shè)計要求。圖3.4伺服電機MHMD400W參數(shù)（五）球窩接頭的選型根據(jù)球窩接頭在機器人上的安裝位置要求，選定了BL型球窩接頭。由圖3.1可知球窩接頭所受的力：(3.7)查看BL型球窩接頭的規(guī)格表可得BL12BD符合強度要求，所以初步選定球窩接頭的型號為：BL12BD。（六）本章小結(jié)在本章，先進行了機器人的靜態(tài)受力分析，得出各關(guān)鍵部位的受力情況。然后在安全系數(shù)下，對減速機、伺服電機以及球窩接頭三個重要部件進行了選型，最后的選型結(jié)果為：減速機APEXADR064級，伺服電機PanasonicMHMD400W200V，球窩接頭BL12BD。四、三自由度并聯(lián)機器人關(guān)鍵部件設(shè)計引言合理的機構(gòu)對于并聯(lián)機器人的精度、壽命等都有著重要的影響。本章通過三維建模軟件SolidWorks對并聯(lián)機器人關(guān)鍵零件通過有限元分析，分析其受力和變形情況從而對關(guān)鍵零件尺寸進行修改，在使零部件滿足強度要求的前提上盡量輕量化。（二）基于SolidWorks三維建模1.SolidWorks軟件介紹SolidWorks軟件功能強大，組件繁多。SolidWorks功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計過程比較簡便而方便的軟件之一。在強大的設(shè)計功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用SolidWorks，整個產(chǎn)品設(shè)計是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間的是全相關(guān)的。[4]2.主動臂設(shè)計及建模圖4.1主動臂側(cè)面特征說明圖由于主動臂在并聯(lián)機器人中起到承上啟下的橋梁作用，所以它的設(shè)計屬于關(guān)鍵零件的設(shè)計范圍。它主要的作用包括：通過與減速機配合傳遞扭矩、擺動角度限位、光電開關(guān)擋片及與從動臂連接。如圖4.1所示，為了保證與減速機配合中避免其產(chǎn)生偏心，在主動臂上設(shè)計特征軸轂配合凸，通過其與減速機上的定位孔做過渡配合，從而在能夠順利安裝前提下保證與減速機的同心度。查看減速機的尺寸規(guī)格表：中心定位孔的尺寸為：20H7，查表可得最常用的過渡配合為：，所以該凸臺的尺寸設(shè)計為：20k6。傳遞扭矩銷釘孔，能夠防止主動臂與減速機發(fā)生周向的錯位，這樣子能有效防止運行的過程中出現(xiàn)坐標丟失的情況。查看減速機的尺寸規(guī)格表可得：周向定位銷孔尺寸為：5H7，所以采用標準的GB銷釘即可與其做滑入配合。為了消除間隙，銷釘與主動臂的配合可用過盈配合。所以主動臂上的銷釘孔尺寸設(shè)計為：5n6。硬限位凹槽，把硬限位整合到主動臂的內(nèi)側(cè)，能夠隱藏此凹槽特征，使機器更加美觀的同時還能夠減少機器的零件數(shù)目，減低機器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。光電開光擋片安裝特征，此安裝位置也設(shè)計在主動臂的內(nèi)側(cè)，能夠很好的提高整機的美觀程度。主動臂正面的型腔，此中空設(shè)計是為了在保證主動臂的強度前提下，最大幅度地降低主動臂的重量還有旋轉(zhuǎn)慣量，使其能夠在運行過程中能有更高的靈活性。圖4.2主動臂正面特征說明圖圖4.3主動臂應(yīng)力圖解圖4.4主動臂效果圖3.從動臂設(shè)計及建模圖4.5從動臂效果圖從動臂的制造、裝配工藝比較復(fù)雜，在制造裝配的過程中需要用到工裝夾具等，且有些空特征還需要配作。這個小節(jié)將說明從動桿的制造過程。(1)裝配從動桿一端的裝配把加工好的碳桿套筒與M12螺母、球窩接頭通過螺紋連接起來，然后通過扳手扭動M12螺母壓緊球窩接頭，使其自鎖。這樣子就構(gòu)成了從動桿的一端。圖4.6球鉸安裝示意圖(2)從動桿的兩端與碳桿配合把碳桿的兩端的碳桿套筒的孔與碳桿壓合，通過銅錘敲擊，使其緊配合。圖4.7碳桿安裝示意圖(3)通過夾具實現(xiàn)軸向和周向的定位把壓合好的從動桿放進夾具中，通過銅錘的敲擊，使兩球窩接頭的外表面均與夾具兩端的凸臺1和凸臺2接觸。然后通過扳手，使碳桿套筒與碳桿間發(fā)生轉(zhuǎn)動，使球窩接頭的扳手位能夠放入凸臺3、凸臺4以及凸臺5、凸臺6間形成的槽，這樣子能夠使球窩接頭的兩個端面保持在同一平面。圖4.8從動桿安裝示意圖(4)配合好之后，把放好的從動桿和夾具一起放上銑床，加工出彈簧鉤銷釘?shù)陌惭b孔。(5)把彈簧鉤銷釘打進銷釘孔內(nèi)。4.靜平臺設(shè)計及建模圖4.9靜平臺的輪廓示意圖靜平臺的輪廓如圖4.9所示。特征1是用于固定平臺與機架的連接的螺紋孔，三個螺紋在圓周上采用均勻分布。特征2是定位銷的安裝孔，使用定位銷來連接底板和減速機安裝板，才能保證減速機的安裝位置，才能保證機器的精度。特征3是用于固定平臺與電機的固定板的連接的螺紋孔。整個固定板采用對稱形式布置，有利于載荷的分布，有利提高安裝強度。5.動平臺設(shè)計及建模圖4.10動平臺俯視圖圖4.11動平臺側(cè)視圖五、三自由度并聯(lián)機器人運動學(xué)仿真（一）引言機器人運動學(xué)仿真的目的是通過考察各運動副及各部件的相對運動狀態(tài)，檢驗支鏈是否發(fā)生干涉，考察和評價系統(tǒng)的速度和加速度特性。（二）基于ADAMS運動學(xué)仿真1.ADAMS軟件介紹ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)軟件，是美國機械動力公司（MechanicalDynamicsInc.）開發(fā)的最優(yōu)秀的機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件，是目前世界上最具有權(quán)威性的，使用范圍最廣的的機械系統(tǒng)動力學(xué)分析軟件。通過該軟件，用戶可以方便快捷地創(chuàng)建復(fù)雜系統(tǒng)的動力學(xué)虛擬樣機模型，通過在幾何模型上添加力、力矩或其它運動激勵，可以實現(xiàn)相應(yīng)的運動仿真測試。用戶可以利用ADAMS在計算機上建立和測試虛擬樣機，實現(xiàn)實時再現(xiàn)仿真，了解復(fù)雜機械系統(tǒng)設(shè)計的運動性能。ADAMS軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動力學(xué)方程，對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學(xué)、運動學(xué)和動力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。ADAMS軟件的仿真可用于預(yù)測機械系統(tǒng)的性能、運動范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計算有限元的輸入載荷等。[5]2.ADAMS仿真流程ADAMS的仿真分析步驟一般包括：首先在ADAMS軟件所提供的零件庫、約束庫、力庫等建模模塊進行建模，或者通過三維建模軟件（如SW、PROE/等）建立三維模型，進而導(dǎo)出為ADAMS軟件所識別的文件。對于該機構(gòu)進行的運動流程圖如圖5.1所示圖5.1運動仿真流程圖ADAMS軟件對機構(gòu)進行仿真分析時，首先檢查原始的輸入數(shù)據(jù)正確與否，經(jīng)檢查正確無誤后，軟件開始分析整個系統(tǒng)的自由度。當系統(tǒng)的自由度不為零時，則進行運動學(xué)分析，當自由度為零時，則ADAMS軟件通過分析初始條件，進而判斷是選擇動力學(xué)分析還是靜力學(xué)分析。確定力學(xué)分析后，ADAMS通過其積分器來求解矩陣方程。在仿真期間，如果不發(fā)生雅可比矩陣奇異或矩陣結(jié)構(gòu)奇異，則仿真成功。如果仿真過程出現(xiàn)以上情況，則數(shù)值發(fā)散,ADAMS顯示仿真失敗，這時需要重新檢查系統(tǒng)模型直至得出正確的仿真結(jié)果?，F(xiàn)結(jié)合三自由度并聯(lián)數(shù)控實驗臺，利用ADAMS軟件實現(xiàn)對其運動學(xué)仿真分析，進而獲得機構(gòu)的運動模型樣機及相關(guān)運動學(xué)特性曲線圖。（三）建立仿真模型1.簡化模型由于ADAMS在進行運動學(xué)和動力學(xué)計算時，只考慮零件的質(zhì)心和質(zhì)量，所以通過簡化模型，能夠提高仿真及分析的效率而保證仿真及分析的結(jié)果的準確性。模型的簡化需遵循以下原則：首先，簡化模型時零件之間的運動副需要表達清楚。其次，盡量減少運動副的數(shù)量，減少計算的誤差，當多個零件固結(jié)時，可以簡化為一個零件。最后，在進行模型的運動分析時，可忽略模型的重力。先在SolidWorkss三維建模軟件創(chuàng)建并聯(lián)實驗臺虛擬樣機的簡化模型如圖3.3所示。簡化后的模型主要有以下幾部分組成：動、靜平臺各1個，3根主動臂和3組平行四邊形從動桿組。圖5.2簡化后的模型2.數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換SolidWorks建立的模型數(shù)據(jù)格式不能直接被ADAMS識別，需要對其數(shù)據(jù)格式進行轉(zhuǎn)換。常用的轉(zhuǎn)換格式有多種，如IGES格式、STEP格式、DFX格式和Parasolid格式。經(jīng)多次試驗證明，Parasolid格式轉(zhuǎn)換效率高，不易出錯，可實現(xiàn)無縫傳送，在此我們采用Parasolid格式進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。具體操作方法是:在SolidWorks中打開模型裝配體文件，選擇文件菜單中的另存為子菜單，在出現(xiàn)的對話框中選擇Parasolid格式，輸入文件名，單擊確定，模型格式即被轉(zhuǎn)換為Parasolid格式，文件擴展名為.x_t。修改模型參數(shù)1.修改構(gòu)件屬性從SolidWorkss導(dǎo)出的文件只是一個三維模型，在進行仿真分析前要對系統(tǒng)的構(gòu)件的屬性進行適當修改，并添加驅(qū)動副和驅(qū)動。其中要添加的構(gòu)件屬性有：顏色、名稱、位置和材料信息。2.添加運動副與驅(qū)動圖5.3添加固定約束圖5.4添加轉(zhuǎn)動副圖5.5添加球約束圖5.6添加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動圖5.7運動仿真效果圖3.承載能力仿真由上的幾個步驟，我們成功地在Adams里面建立了Delta簡化后的模型，添加了相應(yīng)的約束。下面我們開始添加運動和載荷，以進行仿真運算！實際應(yīng)用中，是應(yīng)該用matle編程來運算相應(yīng)的運動的，但是設(shè)計到研究生的課程，而且又受到時間和精力的限制，特編寫一些簡化后的運動來仿真Delta的運動跟受力情況！由于我們設(shè)計目標是運動空間在1000mm，受到的載荷是2kg，因此從動平臺受到的力大小約為20N，添加一個安全系數(shù)為2，所以設(shè)計從動板受力約為40N，然后在各個主動臂運動函數(shù)為：f1=0.8*cos(0.5*time）,f2=0.8*cos（0.5*time）,f3=-0.8*sin（0.5*time）,然后改變運動方向，可以看到從動板始終保持與固定板平行，以平動的方式做往返運動，首先驗證了這個機器人是只有三個方向x,y,z上做移動自由度的結(jié)論。從圖片中可以看到只有x,z軸方向測量到扭矩，而在平面垂直方向上則沒有扭矩的作用，也可以到主動臂1舉得最高時受到的扭矩比主動臂2，主動臂3要大，因此主動臂1的扭矩的極值也是我們要考慮的極值，這是的圖5.8主動臂重心的位移-時間曲線圖5.9主動臂扭矩-時間曲線圖5.10主動臂角加速度-時