球坐标混联机器人静刚度建模创新方法与应用

本文主要探讨了一类球坐标型混联机器人的静刚度建模理论与方法，以王友渔博士的博士学位论文《一类球坐标型混联机器人静刚度建模理论与方法研究》为例，研究集中在天津大学机械工程学院进行。论文围绕新型可重构5自由度混联机器人TriVariant.B的实际开发，对球坐标型并联机构的静刚度进行了深入研究。 首先，作者利用摄动法提出了一种创新的建模方法，通过构建全变形雅可比矩阵，精确地表达了含恰约束主动和从动支链的全变形特性，这个矩阵有助于揭示操作空间与关节空间变形之间的映射关系，为后续整机静刚度分析提供了关键的运动学支持。 其次，论文系统地研究了少自由度球坐标型并联机构的静刚度解析建模，引入静态凝聚技术和变形协调条件，成功地解决了支链弯曲刚度的精确建模难题，修正了先前的研究结论。这种方法强调了刚度模型的简洁性、物理意义和通用性，同时也展示了速度和刚度模型在数学上的内在联系。 接着，针对TriVariant.B机器人，作者提出了一个整机静刚度半解析建模方法，运用子结构综合思想，将系统分解为机构和机架两部分，分别计算各子系统的刚度矩阵，然后通过线性叠加构建整体模型。在机架系统刚度建模中，作者巧妙地结合商用有限元软件和静态凝聚技术，显著提升了计算效率，使得在概念设计阶段就能快速预估整机刚度，对详细机械设计具有指导价值。 此外，论文还深入研究了并联构型装备中常用铰链的有限元精确建模技术，通过参数化设计语言，实现了在不同位形下快速建立整机有限元模型，极大地提高了计算效率，为系统设计提供了高效工具。 王友渔博士的这篇论文不仅在理论上深化了球坐标型混联机器人静刚度建模的理解，还在实际应用中提供了实用的建模方法和技术，对于提高混联机器人的精度和性能，特别是在设计优化和故障预测等方面具有重要意义。