柔索并联机器人与数控技术分析

“力学分析-机器人与数控”课程涵盖了动力学和静力学在机器人与数控技术中的应用。课程由刘宇主讲，主要内容包括新型柔索并联机器人系统的研究与开发、模糊控制MATLAB仿真实践、数控机床的开发实例以及课外作业。 在新型柔索并联机器人系统的研究与开发中，设计了一个由3台步进电机驱动3条柔索的结构，同时配备了一台力矩电机来控制操作杆的压力，以保持柔索的拉力在一定范围内。这种机器人的机构设计基于抽象的机构简图，其中3个移动副a、b、c的延长线交汇于一点P，并与杆轴PQ形成虎克副连接。每个移动副都连接到一个转动副，然后与固定平台上的虎克副相连。Q点通过虎克副-移动副穿过平台，而A、B、C位于正三角形的顶点，Q位于中点。 虎克铰，又称万向铰，允许两个构件有2个相对转动的自由度，相当于轴线相交的两个转动副。而球面副则允许两个构件有3个独立的相对转动自由度，可以绕x、y、z轴旋转。此外，虎克-移动副由3个构件组成，拥有3个自由度。 在自由度计算方面，使用了Kutzbach-Grubler公式来确定空间机构的自由度。该公式涉及总构件数n、运动副数g以及每个运动副的自由度之和。在案例中，机构总共有12个构件，14个运动副，通过计算每个运动副的自由度，得出该机构具有3个自由度。这意味着操作杆PR的位置可以由3个参数确定，其位姿受到机构约束的影响。 柔索驱动的特点和优点主要体现在减少构件数量、简化机构以及通过力矩电机控制柔索拉力。一条柔索取代了传统移动副和转动副，减少了构件，取消了P点的3个虎克副。然而，为了维持适当拉力，需要在R点对杆PR施加力，这是一个重要的设计考虑因素。 在数控机床开发实例中，可能涉及到利用动力学和静力学原理进行机械设计优化，如运动控制、精度分析以及效率提升等。模糊控制MATLAB仿真是控制理论在机器人和数控系统中的应用，通过模拟和优化控制策略来提高系统的性能和稳定性。 本课程深入探讨了力学分析在机器人与数控领域的实践，包括机构设计、自由度计算、控制策略以及创新技术的应用，为理解现代机器人和数控系统的工作原理提供了坚实的基础。