2 Delta 機器人機構學、運動學和動力學分析
2.1 引言
本章將對Delta機器人機構學、運動學和動力學進行深入分析,其中機構學研宄中 主要介紹該機器人的結構特點、工作原理及其設計理念,與此同時,對機器人的工作空 間和奇異位形進行理論上的分析。
運動學逆解、正解分析是對機器人進行軌跡規劃的基礎,動力學分析是提高機器人 運行速度和精度的有效手段,本文將采用拉格朗日方法對機器人進行動力學分析,以實 現下一章節中,運動學軌跡規劃與動力學軌跡優化相結合,以運動學中速度或者動力學 中關鍵部件受力情況為優化對象,從而達到降低機器人成本、提高運行速度和機器人壽 命的目的。為了簡化Python軟件編程的復雜性,對平面兩自由度高速并聯工業機器人 Delta動力學中影響較小的部分進行了簡化,簡化后的動力學模型可以滿足理論和工程 上的實際需求。
2.2 機構學分析
Delta機器人與其他的并聯機器人一樣,由靜平臺、動平臺和支鏈組成,它的巧妙之 處在于從動臂采用平行四邊形機構,由于平行四邊形機構能夠保證輸出端與輸入端的運 動相同,三個這樣的平行四邊形機構就約束了動平臺的三個轉動自由度,使得動平臺只 保留了三個純平動自由度[62]。
本文所述的Delta兩自由度高速并聯工業機器人實物圖如圖2-1所示,其結構特點 是:機器人末端執行器只能在豎直平面內運動,為了保證末端執行器始終保持水平,在 右端主動臂和從動臂中采用了兩個平行四桿機構。Delta機器人的機械臂是鉸接型操作 臂,有時也稱為關節型操作臂,該類型的操作臂對角度誤差具有放大作用,即操作臂越 長末端執行器的誤差越大。為了從理論和實際中,減小Delta機器人的運行誤差,同時, 提高機器人的運行速度和精度,采用兩臺高精度伺服直驅力矩電機并通過脹緊套與主動 臂直接連接,避免了由于減速器齒輪背隙產生的誤差,從原理上提高了機器人的精度, 該直驅力矩電機實物如圖2-2所示。為了減輕機械手臂的質量,主動臂、從動臂、三角 臂、末端執行器均采用高強度的鋁合金板材或管材,并在主動臂和三角臂上開有減重孔。
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