新型四自由度高速並在線上器人機構及其設計理論研究

《新型四自由度高速並在線上器人機構及其設計理論研究》是依託南京理工大學，由汪滿新擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：新型四自由度高速並在線上器人機構及其設計理論研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：汪滿新
• 依託單位：南京理工大學

項目摘要

密切結合食品醫藥、現代物流、電子信息等領域自動化生產線高速輕載搬運作業需求，運用並在線上構學理論和現代數學工具，創新設計出採用單動平台結構、含平行四邊形支鏈的四自由度高速並在線上器人機構，並以此為對象，研究其解耦雅克比矩陣及運動/力傳遞特性的構造方法，基於CAD/CAE參數建模和特徵映射的彈性動力學設計方法，可兼顧幾何和運動學性能約束、系統功耗、動態特性等多個設計目標和設計約束的集成設計方法，以及幾何誤差建模及可有效抑制末端執行器不可補償誤差的關鍵技術，並以實驗樣機驗證理論成果。為推進這種新型機器人在輕載物料高速搬運中的套用奠定基礎。

結題摘要

密切結合食品醫藥、電子信息、現代物流等領域自動化生產線高速輕載搬運作業需求，以旋量理論和線性代數為工具，完成了多種高速並在線上器人機構創新設計。通過在可實現三平動的支鏈上添加繞z軸轉動的鉸鏈，發明出採用單動平台結構、含平行四邊形支鏈且可實現SCARA運動的新構型，與採用雙平台的此類高速並在線上構相比，可有效簡化動平台的結構，減輕末端運動部件的質量，有利於實現高速度和高加速度的動態特性。針對平轉耦合機構利用矩陣求逆建立了並在線上構具有解耦形式的全雅克比矩陣，並據此構造運動學性能評價指標。所建指標具有取值介於[0,1]之間、無量綱、與坐標系無關的特點，該指標既可用於辨識奇異位形，也可作為尺度綜合的目標函式或約束條件。基於速度雅克比矩陣數學特徵，定義兩類物理意義明確的空間壓力角，其可反映機構奇異、運動傳遞效率特性，並利用單調性分析法研究空間壓力角隨機構尺度參數的變化規律。利用虛功原理建立機構剛體動力學模型，並基於動力學模型，提出機構的慣性項、速度項、重力項三類動力學性能指標，結合機構尺度約束和運動學空間壓力角約束，構建機構動力尺度綜合模型，該方法可有效保障機構運動學和動力學性能。利用矢量法建立高速並在線上器人機構誤差模型，利用矩陣分塊方法分離出末端不可補償誤差，得到末端不可補償誤差與各支鏈誤差源的映射關係，利用靈敏度係數法構建誤差源機率模型，並提出以各零件尺寸誤差靈敏度係數值為權重係數而構造的機構尺寸公差總和最大為目標函式的公差最佳化模型。完成機構運動軌跡規劃和運動控制系統的搭建，在此基礎上，完成一台四自由度高速並在線上器人物理樣機的開發。相關成果發表論文5篇，其中SCI檢索論文2篇，EI檢索論文3篇，獲授權發明專利21件，培養研究生3人。