交叉型平面二自由度并联机械手关键技术及样机建造

二自由度并联机器人广泛应用于高速、高精度的场合，对机器人构件性能和控制系统性能的要求也越来越高。提高二自由度并联机器人速度和精度要求使用轻型、高强度以及低惯量的构件，但与此同时会增加成本和设计、控制的难度。如何有效改善并联机器人结构设计，以实现高速、高精度的操作，是此类机器人样机开发亟需解决的问题。本文提出了一种新型交叉型平面二自由度并联机构，与现有二自由度并联机构相比，具有工作空间与机构尺寸比较大、结构简单、性能良好，制造成本低，易于控制等优点，本文主要工作和研究成果如下：（1）建立了交叉型平面二自由度并联机构运动学模型,推导出雅可比矩阵，分析了奇异性；在定义了导轨长度、动平台长度以及工作空间与机架尺寸比等性能指标基础上，分析了这些指标与交叉构型和非交叉构型并联机构的关系，并得到了相应的性能图谱；基于空间模型理论得到了优质尺度域，并选择一种运动性能较好的并联机构。（2）运用拉格朗日法，建立了交叉型平面二自由度并联的逆动力学模型，并分析了动力学性能；利用S型速度曲线，优化了滑块的运动轨迹，该轨迹能使动平台运动平稳、冲击、振动小；预估计出作用滑块上的最大外力和等效质量，并选择了合适的伺服电机。（3）分析了不同位型下的振型特性，得到了前两阶振型为移动，第三阶振型为扭动的结论，该结论为并联机械手的样机设计提供理论参考（4）为实现运动学分析的可视化，应用并联机器人运动学分析理论，设计一款基于Labview+SolidWorks的运动学仿真平台。（5）基于上述的研究成果，建造出一台交叉型平面二自由度并联机械手样机。（6）机械手抓取过程试验本文研究工作对开发高速、轻型、高性能平面并联机构具有重要指导意义。