2 Delta 机器人机构学、运动学和动力学分析
2.1 引言
本章将对Delta机器人机构学、运动学和动力学进行深入分析,其中机构学研宄中 主要介绍该机器人的结构特点、工作原理及其设计理念,与此同时,对机器人的工作空 间和奇异位形进行理论上的分析。
运动学逆解、正解分析是对机器人进行轨迹规划的基础,动力学分析是提高机器人 运行速度和精度的有效手段,本文将采用拉格朗日方法对机器人进行动力学分析,以实 现下一章节中,运动学轨迹规划与动力学轨迹优化相结合,以运动学中速度或者动力学 中关键部件受力情况为优化对象,从而达到降低机器人成本、提高运行速度和机器人寿 命的目的。为了简化Python软件编程的复杂性,对平面两自由度高速并联工业机器人 Delta动力学中影响较小的部分进行了简化,简化后的动力学模型可以满足理论和工程 上的实际需求。
2.2 机构学分析
Delta机器人与其他的并联机器人一样,由静平台、动平台和支链组成,它的巧妙之 处在于从动臂采用平行四边形机构,由于平行四边形机构能够保证输出端与输入端的运 动相同,三个这样的平行四边形机构就约束了动平台的三个转动自由度,使得动平台只 保留了三个纯平动自由度[62]。
本文所述的Delta两自由度高速并联工业机器人实物图如图2-1所示,其结构特点 是:机器人末端执行器只能在竖直平面内运动,为了保证末端执行器始终保持水平,在 右端主动臂和从动臂中采用了两个平行四杆机构。Delta机器人的机械臂是铰接型操作 臂,有时也称为关节型操作臂,该类型的操作臂对角度误差具有放大作用,即操作臂越 长末端执行器的误差越大。为了从理论和实际中,减小Delta机器人的运行误差,同时, 提高机器人的运行速度和精度,采用两台高精度伺服直驱力矩电机并通过胀紧套与主动 臂直接连接,避免了由于减速器齿轮背隙产生的误差,从原理上提高了机器人的精度, 该直驱力矩电机实物如图2-2所示。为了减轻机械手臂的质量,主动臂、从动臂、三角 臂、末端执行器均采用高强度的铝合金板材或管材,并在主动臂和三角臂上开有减重孔。
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