3自由度并联机器人控制简单,结构紧凑,便于设计和研究。为了探究并联机器人关节配置对工作空间大小的影响,以3-RSS与3-RUU两个Tau变种构型并联机器人为研究对象,分别用球铰和虎克铰进行分析,求解了3-RSS与3-RUU同轴驱动布局并联机器人的工作空间。首先,建立机器人简化模型,对其正向运动学进行求解;接着,分析了球铰与虎克铰的运动范围,以此作为关节的约束条件,求解了3-RSS和3-RUU同轴驱动布局并联机器人的三维工作空间,得出工作空间的边界。分析结果表明,同等尺寸大小的3-RUU同轴驱动布局并联机器人比3-RSS同轴驱动布局并联机器人具有更大的工作空间。为后续不同并联机器人的关节选型和工作空间的研究提供了理论和技术的支持。

为提高机器人在高速运动过程中的精度和稳定性,研究了4-DOF的Delta高速并联机器人动力学方程的建模方法。采用几何法求解机器人逆运动学方程,结合旋量理论的Kane方法建立了机器人的动力学方程。采用Matlab编程对运动学和动力学模型进行求解,绘制了各个驱动臂的位移、速度、加速度以及力矩曲线。在Simscape中建立Delta机器人的动力学控制系统,以力矩为输入,得到驱动臂位移曲线。对比计算和仿真结果,验证了动力学方程的正确性。

针对目前串联型打磨机器人在打磨球面时存在刚度不足的问题,提出一种3-RSS同轴驱动布局并联机构工具型打磨机器人。同轴驱动布局是将驱动布置在同一轴线,主体由基柱和3组可以绕基柱旋转的机械臂构成,每个机械臂外接支链杆簇,3组支链杆簇与末端打磨头相连。通过构型分析、结构设计,建立同轴驱动布局打磨机器人模型,并对模型进行运动学分析,通过雅可矩阵分析奇异位置,获得打磨机器人的灵活工作空间;经过运动仿真,对比预设路径与仿真轨迹,进行运动误差分析,验证了驱动方案的可行性。研究结果为并联机构打磨机器人拓展工作空间、提高刚度提供了理论与技术支持。

纸箱展开成型是食品装箱生产线中的关键环节。针对纸箱展开工作量大、工作简单重复率高、纸箱规格多样化等问题,在现有装箱生产线的基础上,设计了一种吸盘式气动机械手实现纸箱展开工作。通过分析机械手的工作原理,确定了机械手的总体结构,完成了吸盘的选型、气动系统控制回路的设计,并基于PLC实现了机械手的控制。该气动机械手具有结构简单、控制灵活等特点,能自动适应各种尺寸规格的纸箱,完成包装生产线上不同规格纸箱的展开工作。