机械手英文文献.

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1、1毕业设计(论文) 外文资料翻译院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 070216 姓 名： 司建星 学 号： 070216311 附 件： 1.译文；2.原文； 2011 年 5 月 5 日2一种新型 2T2R 四自由度并联机器人摘要-最近提出了一种新型的并联机器人,它是由两个移动自由度和两个转动自由度组成的四自由度的机器人。该机器人有四个肢体，包括两个相邻的 PRU 肢体和两个相邻的 SPS 肢体，它把基地跟移动平台相连接。使用约束螺旋理论，对机械手进行的运动和约束进行了分析，并进一步对其配置进行了详细讨论。机械手可开发 4 轴并联机床，如阻尼器，振动栓等

2、等。索引术语：并联机器人，螺旋理论，奇异性。1 简介并联机器人通常由几个连接四肢或并联腿的固定基地的移动平台构成。一般而言，并联式机器人拥有多项优点，包括高刚度，高精度，高负荷。因而被广泛应用于诸如工业机器人，微机器人，虚拟轴并联机床等领域。少自由度并联式机器人可以对他们的同行提供一些有吸引力的优势，在欠驱动元件方面，成本低，结构紧凑，控制简单。因此，他们有较高的实践价值和更广泛的应用前景。各种各样的 2T2R 并联机器人已经在文献中提出了。合成的 2T2R TPM 的类型以螺旋理论为基础已经被调查出来了。与 2T2R 的 PMS 可以被看作是 4 轴并联机床样机一样，为船舶在航行阻尼装置开发

3、和作物收获机振动筛等。在这篇论文中，提出了一种新型 4 自由度的并联机器人。它有两个水平和旋转的自由度。该机器人通过两个相邻的 PRU 肢体和两个相邻的 SPS 肢体把基地跟移动平台相连接。根据螺旋理论，对机械手的自由度和约束进行了研究，并对四个奇异的结构进行了讨论。2 机械手的体系结构描述2RPU-2SPS 机械手的结构3在这里提出的新的机械手的几何结构如图所示。 1，其中一个移动的平台是以一个固定的基地连接四个肢体（或腿部）。第一个肢体是 R1（P1）/ / U1 的，第二个R2（P2）/ / U2，第三个中 S1-P3- S3 和第四个 S2-P4-S4，从底部到平台序列，其中 R,P,

4、U 和 s 分别表示旋转，棱柱状，普遍和球节点。符号“”，/,和“ - ”代表被邻近关节轴垂直，互相平行或随机。值得注意的是，第一和第二部分肢体的 RPU是连接和共面的，U1 的关节轴 1 是共线的轴三 U2 的关节部位。此外，该轴 2 U1 的关节的轴与关节轴 U2 的 4 的 R1 R2 的轴相互平行。通过两个 RPU 是链形成的平面联合 P1和 P2 可以滑动。2 机械手的运动特性分析A 约束分析机械手包括四个肢体。对机械手的四肢所有约束进行了分析与研究。以螺杆上的理论为基础，对所有的肢体约束进行详尽的分析。1）约束分析第一个和第二个肢体第一和第二肢体是 RPU 运动链，这将特别在下面的

5、部分进行分析。图 2 RPU 肢体第一个肢体是从图 2 所示的机械手中分离出来的。作为螺钉系统的依赖程度无关的参考框架，地方坐标系 O 型 xyz 是连接到 U1 的联合中心的普遍点，X 轴的选择是共线到 U1 的联合轴，Y 轴是共线到 U1 的联合。Z 是由右手法则定义的轴。 L 为 U1 的联合与中心点和 R1 的联合中心点的距离， 为 P1 的关节之间的轴和 Z 轴的夹角。该R1P1U1 肢体的运动螺钉系统可以表示为：4假设第一个肢体运动螺旋系， ，它的反向螺钉，即约束螺丝。基于反螺旋理论 ，肢体的 R1P1U1 约束螺旋系统推断为其中表示约束沿 Y 轴，即 U1 的联合二轴力，并表示约

6、束沿 z 轴的夫妇，即垂直于两轴 1 和轴的 U1 联合 2。由于在第一和第二肢体都是 RPU 链，如同第一个一样，第二个肢体有两个线性无关约束螺丝，一个是约束力量沿轴的 U2 的联合 4，而另一个表示为约束沿垂直方向的这两个轴 3 和轴 4 的 U2 联合。2）第三和第四肢体的约束分析第三个和第四个肢体都是 SPS 的运动链。大家都知道，SPS 肢体运动螺旋系由六个线性无关螺丝组成，没有反向的螺钉（约束螺丝）存在。因此，第三和第四位肢体对机械手的移动平台不施加约束。3）机械手的约束分析基于上述分析的基础上，提出了机械手的移动平台只受限于第一和第二部分肢体，即它是由$ 1r ,$2r, $3r

7、 ,$4r四个自由度来约束的。在机械手的运动过程，轴的 U1 联合2 总是平行于轴的 U2 的轴 4，因此，这两个约束力量和$ 1r和$ 3r共面平行。由于两个向量共面和平行线是线性独立的，$ 2r和$ 4r是线性独立的。$ 2r和$ 4r是平行的，所以$ 2r和$4r线性相关。当为$ 2r约束的移动平台的选择，另一对$ 4r是多余的约束。B 机械手的运动分析根据螺旋理论，当机械臂通过约束力量相互平行，一个水平和一个旋转施加的限制。因此，两自由度机械手的限制，一个是沿轴 2 的联合 U1，一个是围绕旋转轴 1 所定义的平面和轴 2 正常的联合 U1。正如上述分析，机械手的运动可以很容易地推导出

8、，二维的平面上的水平，垂直的联合 U1 的轴 2，轴 4 的联合 U2，以及周围的任何二维旋转轴 1 和轴 2 联合 U1。在机械手移动平台连续旋转一段时间后，该分行的限制仍然是相同的，因此约束系统的机械手不会改变。该机器人的运动不是瞬间的。这是因为自由度的数目不改变它的运动。C 流动性分析通过一般 Grubler - Kutzbach 给出的标准，PM 的自由度的数目是5其中 F 代表自由度机械手，D 的任务空间的维数（d=6-， 是公共约束），n 为链接的数量，G 为关节数，f t为第 i 个自由度的数目联合，v 为冗余约束的数目， 为局部自由度的数目。机械手包含不公开的限制，两个冗余的制

9、约和两名局部的自由度。4 奇异结构分析引起动平台奇异位形的主因为作用在动平台上的约束矢量线性相关。 由于 2R2T四自由度并联机器人由两种约束类型组成 (一个是纯约束力, 另一个是纯约束力偶), 该机构奇异性分析中, 有 3 种情况可导致动平台奇异: (1)当四个约束力矢量不能共点共面(不能合成一个综合约束线矢量) , 此时动平台将失去一个或多个移动自由度。(2)当四个约束力偶不能共面,动平台将失去一个或多个转动自由度。(3)当同时发生(1),(2)种情况时,动平台将失去一个或多个移动和转动自由度。通常, 支链上的任何一个关节都可选择为驱动关节。然而, 由于机构的特殊性, 驱动关节的选择不适当

10、时将会影响机构的运动特性; 在这种情况下, 当所有的驱动关节锁定 时, 机构仍然具有一个或多个运动自由度。 为了避免驱动奇异, 驱动关节的配置应该满足以下条件: 当所有的驱动关节锁定 , 作用在动平台上的力螺旋系统的阶数等于 6。对于单一驱动的支链, 当锁定驱动关节时, 每个支链上的反螺旋系统的阶数将增加到 n+1(假设原来的阶数为 n) , 这个所增加的力螺旋与关节上除驱动关节的螺旋外的所有的被动关节的螺旋互为反螺旋(它们之间的互易积为 0)。推断从（4），当合理 structura 参数的选择，这六个约束力量线状独立。因此，移动平台的自由度是零，显示声明，柱状节理的四个选定的执行机构是合理

11、的。6如果选择的结构参数不合理以及强加在平台上的约束力量是线性独立的,那么奇异性就会发生。根据(4),当机械手的结构参数发生改变是,由操纵器的线性相关性分析,这四个奇异的配置可以得到。71) 在图 4（a）所示，在某些情况下，执行器的四个相交于一点，即在一轴点的四个约束力量，轴和轴相交。作为线性独立的空间约束的力量在一个点相交的最大数量为 3，四个约束力量，并是线性的依赖，而且他们的线性无关的最大数量为 3，线性无关的最大数量的约束螺旋机械手系统是 5，对数螺旋运动 6-5 = 1，即一个自由度。换句话说，该机器人平台已经不是执行器的输入，它仍然拥有一个瞬时自由度，所以这个条件是机械手的奇异配

12、置.2） 所示图 4（b），在一定条件下，执行器的四个轴线相互平行，即四个约束力量，轴和轴相互平行。由于线性独立约束力的空间相互平行的最大数量为 3，四个约束力量，并相互依赖，而且他们的相互独立的最大数量为 3，线性独立最大数量的限制螺钉系统机械手是 5，对运动螺旋数为 6 - 5 = 1，即一个瞬间自由度。换句话说，该机器人平台已经不是执行器的输入，它仍然拥有一个自由度，所以这个条件是机械手的奇异配置。3）所示图 4（c），在一定条件下，第一个分支的轴的两个驱动器和第二个在 N1 点处相交，在第三个分支的两个驱动器轴和第四位相交于一点 N2，由在第一部分肢体和第二部分肢体的传动器和两个平行的

13、第三和第四肢体相交确定飞机的两个执行器轴确定的平面，并指出 n1 和 n2 找到符合也就是说两个约束力量$ 3r和$ 4r轴相交于一点，另一点轴的两个约束力量$ 5r和$ 6r相交，而且这两个交点找到一行，其中由一轴确定的平面$5r相交由$ 3r和$ 4r确定的平面。4）如图所示。 4（d）项，在某些情况下，第一个分支的两个驱动器和第二个在 N1 处相交，通过点 M 和 n1 的平面是由垂直于两个执行器轴确定的平面。在第三肢器轴与 N2和 N3 点，分别是在第四肢体 M 驱动器轴。85 结论一种新型 2RPU - 2SPS 4 自由度并联机器人提出后，该平台是由两个可以沿着平面滑动的 RPU 平面运动链确定的，并可以旋转的线条是由万向节两轴确定的平面进行定位的。在四肢的柱状节理被选择为执行器。如果选择的结构参数不合理，那么四个机械臂奇异性就会出现。提出的可开发的 4 轴并联机械手，减振装置，振动筛等，在论文的研究工作中为今后的发展奠定了良好的基础。致谢笔者感谢国家科学基金会（No.50575180）和中国研究基金会优秀博士学位论文西安理工大学（102 - 210911）支持。