二自由度机器人的结构设计与仿真

二自由度机器人的结构设计与仿真

学院：专业：姓名：指导老师：机械与车辆学院

机械电子工程

学号：

职称：教授

二自由度机器人的结构设计与仿真

摘要

并联机器人有着串联机器人所不具有的优点，在应用上与串联机器人形成互补关系。二自由度并联机器人是并联机器人家族中的重要组成部分，由于结构简单、控制方便和造价低等特点，有着重要的应用前景和开发价值。本论文研究了一种新型二自由度平移运动并联机构，该并联机构采用类五杆机构，平行四边形刚架结构来实现，可有效地消除铰链间隙，提高动平台的工作性能，同时有抵抗切削颠覆力矩的能力。

根据该二自由度平面机构的工作空间，利用平面几何的方法求得连杆的长度，并通过Pro/E软件进行仿真检验，并通过软件仿真的方式，优化连杆长度，排除奇异点，同时合理设计机械结构的尺寸，完成结构设计。

对该二自由度并联机器人，以Pro/E为平台，建立两自由度平移运动并联机器人运动仿真模型，验证了机构的实际工作空间和运动情况。最后指出了本机构的在实际中的应用。并使用AutoCAD软件进行了重要装置和关键零件的工程图绘制工作，利用ANSYS 软件分析了核心零件的力学性能。研究结果表明，本文所设计的二自由度机器人性能良好、工作灵活，很好地满足了设计指标要求，并已具备了一定的实用性。

关键词：二自由度；并联机器人；仿真；结构设计；Pro/E

2-DOF robot structure design and simulation

Abstract

Parallel robot has a series of advantages of the robot does not have to form a complementary relationship between the application and the series robot. The 2-DOF parallel robot is an important part of the family of parallel robots. The structure is simple, convenient and cost control and low, with significant potential applications and the development value. In this thesis, a new 2- DOF translational motion parallel mechanism, the analogous mechanism for class five institutions, parallelogram frame structure, which can effectively eliminate the hinge gap and improve the performance of the moving platform, while resistance to cutting subvert the torque capacity.

The working space of the 2-DOF planar mechanism, the use of plane geometry to obtain the length of the connecting rod, and the Pro/E software simulation test, and software simulation to optimize the connecting rod length, excluding the singular point, while the size of the rational design of mechanical structure, complete the structural design. And important equipment and key parts of the engineering drawings using AutoCAD software, using ANSYS software to analyze the mechanical properties of the core parts.

The 2-DOF parallel robot to the Pro/E platform, the establishment of the 2-DOF of translational motion parallel robot simulation model to verify the organization's actual work space and movement. Finally, this institution in the practical application. The results show that the combination of good motor performance of the 2-DOF parallel robot，good to meet the index requirements, and already have a certain amount of practicality.

Keywords: 2-DOF; parallel robot; simulation; structural design; Pro/E

目录

1前言 (1)

1.1本课题的研究背景及意义 (1)

1.1.1什么是机器人 (1)

1.1.2机器人技术的研究意义 (1)

1.2机器人的历史与发展现状 (2)

1.2.1机器人的发展历程 (2)

1.2.2机器人的主要研究工作 (3)

1.2.3少自由度机器人的发展历程 (4)

1.3本课题的研究容 (5)

2二自由度机器人系统方案设计 (7)

2.1二自由度并联机器人机构简介 (7)

2.2执行机构方案设计及分析 (7)

3二自由度机器人的结构设计与运动分析 (8)

3.1已知设计条件及参数 (8)

3.1.1连杆机构自由度计算 (8)

3.1.2五杆所能达到的位置计算 (8)

3.2对机构主体部分的运动学逆解分析 (10)

3.2.1位置分析 (10)

3.2.2速度与加速的分析 (11)

3.3受力分析 (12)

4基于Pro/E软件环境下二自由度机器人的结构设计 (16)

4.1 Pro/E软件简介 (16)

4.2驱动元器件的选择 (17)

4.2.1步进电机的选择 (17)

4.2.2联轴器选择 (18)

4.3平面连杆机构的结构参数确定 (19)

4.4输入轴的设计 (20)

4.5安装支架的参数确定 (21)