目录

  • 1 绪论
    • 1.1 机器人的基本概念
    • 1.2 机器人的发展概况
    • 1.3 机器人的分类
    • 1.4 工业机器人的技术参数
  • 2 工业机器人的本体结构设计
    • 2.1 工业机器人的总体设计
    • 2.2 工业机器人的驱动与传动
    • 2.3 机身及臂部设计
    • 2.4 腕部设计
    • 2.5 手部设计
  • 3 工业机器人的运动学
    • 3.1 物体在空间中的位姿描述
    • 3.2 齐次坐标变换
    • 3.3 变换方程的建立
    • 3.4 工业机器人连杆参数及其变换矩阵
    • 3.5 工业机器人的运动学方程
  • 4 工业机器人静力学及动力学分析
    • 4.1 工业机器人速度雅可比与速度分析
    • 4.2 机器人静力学分析
    • 4.3 机器人动力学分析
  • 5 工业机器人轨迹规划
    • 5.1 工业机器人轨迹规划
    • 5.2 关节空间法
    • 5.3 直角坐标空间法
    • 5.4 轨迹的实时生成
  • 6 地面移动机器人
    • 6.1 移动机器人的类型及特点
    • 6.2 轮式移动机器人
    • 6.3 履带式移动机器人
    • 6.4 步行机器人
  • 7 多指灵巧手
    • 7.1 多指灵巧手的结构设计
    • 7.2 单指机构的运动学模型
    • 7.3 多手指协调运动学分析
    • 7.4 三指位姿方程的逆向解
    • 7.5 灵巧手的静力学分析
  • 8 并联机器人
    • 8.1 并联机器人的定义与特点
    • 8.2 典型的并联机构
    • 8.3 并联机构自由度的计算
    • 8.4 并联机构的位置分析
  • 9 工业机器人的感知
    • 9.1 工业机器人传感器概述
    • 9.2 位置和位移传感器
    • 9.3 机器人的视觉技术
    • 9.4 机器人的触觉
  • 10 机器人的控制系统
    • 10.1 机器人控制系统与控制方式
    • 10.2 基于运动坐标的控制
    • 10.3 基于运动参数的控制
    • 10.4 机器人的智能控制系统
  • 11 安川机器人
    • 11.1 认识安川机器人
    • 11.2 手动操作机器人
    • 11.3 NX100 HP6机器人菜单讲解
    • 11.4 机器人编程教导
    • 11.5 应用设定
    • 11.6 常见异常情况处理
    • 11.7 保养与备品
  • 12 ABB机器人
    • 12.1 认识ABB机器人
    • 12.2 系统安全及环境保护
    • 12.3 机器人示教
    • 12.4 机器人启动
    • 12.5 机器人自动生产
    • 12.6 编程与测试
    • 12.7 输入输出信号
    • 12.8 系统备份与冷启动
    • 12.9 文件管理
并联机构的位置分析

  机构的位置分析是求解机构的输入与输出构件之间的位置关系,这是机构运动分析的最基本的任务,也是机构速度、加速度、受力分析、误差分析、工作空间分析、动力分析和机构综合等的基础。由于并联机构结构复杂,对并联机构进行位置分析要比单环空间机构的位置分析复杂得多。

1.位置反解

  当已知机构主动件的位置,求解机构的输出件的位置和姿态称为位置分析的正解,若已知输出件的位置和姿态,求解机构输入件的位置称为机构位置的反解。

  这里以6—SPS并联机构为例讨论并联机构的位置反解方法。6—SPS并联机构的上下平台以6个分支相联,每个分支两端是两个球铰,中间是一移动副。驱动器推动移动副作相对移动,改变各杆的长度,使上平台变化在空间的位置和姿态。当给定上平台在空间的位置相姿态,求各个杆长,即各移动副的位移,这就是该机构的位置反解。

6—SPS并联机构

(a) 机构简图;(b) 坐标系示意图

2. 位置正解的数值方法

  在机构的运动分析中,并联机构的位置正解分析是最基本也是最困难的。分析并联机构位置正解的方法很多,概括起来有迭代法、解析法、同伦算法和数学机械化方法。迭代法的特点是求解速度较快,缺点是需要选取比较接近真实解的初始值;解析法的优点是不需选定初值,可求出所有位置正解,该方法具有推导过程复杂、技巧性较强的缺点;同伦算法的优点是无需将位置正解的非线件方程组消元至一元代数方程,也不需选取初值且可求得所有解。缺点是求解速度很低;数学机械化法的优点是在整个计算过程中不需要巧妙的构思和复杂的理论推导。

下面讨论一种用于6—SPS机构位置分析的三维搜索法。

  首先将6—SPS机构的非线性方程组的未知数个数通过数学处理降为3个。即将方程组(8.14)的6个独立方程分为3组,即

  在每组两个方程之间进行相加、相减,会得到另外形式的6个独立方程。在进行化简时,应注意机构各铰链点之间存在如下的关系

式中:

为使方程进一步简化,将方程中各项展开,并利用如下诸关系式:

在每组两个方程之间进行相加、相减,会得到另外形式的6个独立方程。


式中:

  式(8.18)—(8.23)中的6个独立方程已比原式(8.14)化简了许多,再将式(8.18)、(8.20)、(8.22)作为一组,将式(8.19)、(8.21)、(8.23)作为一组,并利用下面关系式:

将式(8.19)减去式(8.21)再减去式(8.23)得:


将式(8.19)x方向的分量乘以减去式(8.21)x方向的分量乘以并整理得:

将式(8.18)加上式(8.21)再加上式(8.23)得:

将式(8.18)x方向的分量乘以减去式(8.20)x方向的分量乘以并整理得:


式(8.26)~(8.29)中:

(i=0,1,2,3, 4;j=0,1,2,3,4,5)只与输入量(杆长)和基本尺寸有关,是与输出量,即机构的位置和姿态无关的常量,具体表达如下:

具体形式由线性方程组(8.26)和(8.27)可得