结合机器人技术与数控加工技术,设计了一种3自由度高刚度机器人。通过对加工要求的分析,确定了3自由度结构,并进行了多自由度空间的理论分析,确定了结构设计方案;在机器人各轴添加制动器夹紧机械臂上制动盘的结构方案,改善了机器人的末端刚性。

提出一种3自由度球齿轮,轮齿齿面由渐开线环形齿面和半球型锥齿轮弧形齿面组合而成,可实现无原理误差传动。基于渐开线成形原理和坐标变换理论,推导了环形齿和弧形齿齿廓曲面方程;根据齿轮啮合原理与运动分析,得到弧形齿面的共轭齿面。利用计算机得到仿真齿面以及球齿轮三维实体模型,验证了齿面方程的正确性。该研究为3自由度球齿轮机构的运动学和动力学分析提供了依据。

为了研究正交3自由度平动并联机构平台,设计了该并联机构平台构型;利用校正后的Kutzabach-Grubler自由度计算公式验证该并联机构平台的输出是3自由度运动;根据各构件之间的几何关系,探求各运动支链的夹角与摆臂之间的约束方程;通过运动坐标系和固定坐标系相互之间的映射关系,建立并联机构运动平台参考点的位置方程;对并联机构平台的位置正、逆解等内容进行求解,得到了并联机构平台的速度与加速度表达式。最后,根据设定好的运动规律参数对其进行运动学仿真,并在运动平台上设定参考点,获得了运动平台的运动轨迹和相关运动规律曲线图,验证了并联机构平台的动态性能。