学号：密级：武汉东湖学院本科生毕业论文(设计) 三自由度并联机械手的设计院(系)名称：机电工程学院专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：指导教师:二〇一六年五月六日郑重声明我郑重声明：本人恪守学术道德，崇尚严谨学风，所呈交的学术论文是本人在老师的指导下，独立进行研究工作所取得的结果。
除文中明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何他人已经发表和撰写过得内容。
论文为本人亲自撰写，并对所写内容负责。
本人签名：日期：2016年5月7号摘要随着机器人技术的快速发展，并联机械手的应用领域越来越广，已成为当今机器人领域新的研究热点。
针对并联机械手机构比传统串联机械手更复杂的问题，本文以一种轻型高速的三自由度Delta 并联机械手为例，在完成其运动学的基础上，对并联机械手进行了建模以及装配。
首先，本文介绍了三自由度并联机械手机构的工作原理，并对其进行了运动学分析。
其中，对机构的自由度进行的计算，采用几何法求得了其运动学正解以及其运动学逆解。
其次，对机构进行了速度模型及雅克比矩阵的分析。
实现了solidworks对机构的零部件与装配图三维建模。
最后，通过个零部件的配合，实现了三自由度并联机械手的装配。
关键词：并联机械手；三自由度；3D建模ABSTRACTWith the rapid development of robot technology, parallel manipulator used more and more widely, has become the hot spot in the field of new robots today. In view of the parallel manipulator mechanism more complex than the traditional serial manipulator problem, based on a lightweight high-speed three degree of freedom parallel manipulator as an example, the Delta at the completion of its kinematics, on the basis of the parallel manipulator has carried on the modeling and assembly.First, this paper introduces the working principle of three degrees of freedom parallel manipulator mechanism, and carries on the kinematics analysis. Among them, the institution of degree of freedom for the calculation of geometric method is used to obtain the positive kinematics solution and its inverse kinematics solution. Second, the institutions for the velocity model and the Jacobi matrix analysis. Implements the solidworks for spare parts and assembly drawing 3 d modeling of the organization. Finally, by a spare parts, implements the three degree of freedom parallel manipulator assembly.Keywords: Parallel manipulator；Three degrees of freedom；3D modeling目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章引言 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题目的及意义 (1)1.3 课题研究内容 (1)第2章并联机械手的概述 (3)2.1 关于并联机械手 (3)2.1.1 并联机械手的定义与特点 (3)2.1.2 并联机械手的研究现状 (4)2.2 并联机械手的工业应用 (5)2.3 本章小结 (6)第3章三自由度并联机械手的运动学分析 (7)3.1 机构简介 (7)3.2 自由度分析 (7)3.3 运动学分析 (8)3.3.1 运动学逆解 (9)3.3.2 运动学正解 (9)3.3.3 速度模型及雅克比矩阵 (12)3.4 本章小结 (13)第4章并联机械手的建模与装配 (14)4.1 三维建模软件solidworks简介 (14)4.2 并联机械手的三维建模 (14)4.3 并联机械手零件实体造型 (14)4.4 并联机械手装配 (16)4.5本章小结 (17)总结.....................................................................................,. (18)参考文献 (19)致谢 (20)附录 (21)第1章引言1.1课题背景翻开整个人类的历史，就会发现这是一部不断认识世界、改造世界的发展历史，一部伴随生产工具不断提高的生产力进步史。
18世纪中叶，英国人瓦特发明了蒸汽机是工业革命的象征，也是人类从体力劳动到动态机械制造变化的一次重大飞跃。
20 世纪中叶之后，已开始出现高度自动化的机械设备，但由于市场的激烈竞争，只有创造出既能不断改变产品适应市场需要，又能具备高效的自动化生产能力的柔性自动化系统才能满足当时的生产环境。
在这种情况下，人类的长幻想机器人出现在历史性时刻。
自世界第一台工业机器人诞生以来，机器人技术已广泛应用于工业生产中的各个领域，如航空航海、汽车及汽车零部件、加工制造、食品工业、医疗器械、娱乐设施等领域。
其中，弧焊机器人，点焊分布机器人，焊接机器人，装配机器人，喷漆机器人和搬运机器人等工业机器人已产业化生产线被广泛采用，它大大降低了人类的劳动强度，也大大提高了生产效率和产品质量。
1.2课题目的及意义并联机器人是一种空间多环结构，其表现出刚度大、惯量低、精度高、负重比大、动力性能好以及结构紧凑等优点，这恰好弥补了串联机器人在这些方面的不足，扩宽了机器人的应用范围，因而得到了机器人领域各学者的广泛关注并成为机器人领域新的研究热点。
在各行各业中普遍存在的，由人工来完成的诸如抓取、分拣以及包装等大量的重复性高强度操作，通常此类操作只需三个自由度。
因此三自由度并联机构在实现空间上三个方向平动方面受到极大的关注。
具有三个平动自由度的高速并联机械手以其高速的特性较好的满足了工业生产的需求，同时避免了人工操作给产品造成的不同程度污染。
在这类高速并联机械手当中最具有代表性的当属三自由度Delta 机构，它是由R. Clavel 博士于1985 年发明的，目前被广泛地应用在食品包装、电子半导体、医疗等行业。
1.3课题研究内容高速并联机构自Delta机构发明以来，取得了长期稳定的发展，在医药、电子、食品等生产线的后包装领域取得了重要应用。
这种设计在该行业的应用包装生产线，不仅实现了快速处理和包装材料，而且实现位置放材料，在很大程度上提高生产效率，节约劳动成本。
随着中国经济的不断发展，生产的标准化、规范化趋势将逐渐显露，对于生产效率的追求也必将越来越明显。
所以，该类应用型机械的开发在未来将具备强大的市场竞争力。
本文分析了三自由度并联机械手机构的工作原理，并进行了运动学分析。
其中，通过解析法获得了机械手运动学逆解，并由几何法求得了其运动学正解。
实现solidworks建立模型并且对零件的装配。
第2章并联机械手的概述Array 2.1关于并联机械手2.1.1 并联机械手的定义及特点传统意义的工业机械手一般都是串联机构，即开环机构，串联机构在其末端执行器与基座之间只有唯一的一条运动链。
与串联机构比较，并联机械手的末端执行器是通过至少两条运动链与基座相连接的，并且每一条运动链都是唯一的移动副或转动副驱动。
比较典型的并联机械手，如图 2.1 所示。
综上所述，可以对并联机械手作以下定义：末端执行器（动平台）通过至少两条运动链联接基座（静平台），并具有两个或两个以上自由度的一种闭环机构，又称并联机构，其结构示意图如下面图 2.2 。
图2.1 经典并联机械手示意图图2.2 并联机构示意图和传统的串联机构相比，并联机构的零部件数目相对较少，而且都是一些常见通用的零部件，如虎克铰、球铰、滚珠丝杠、伺服电机、伸缩杆件等零部件。
由于这些通用的零部件可由专业的生产商模块化大规模制造，因此，其具有性能高、成本低的优点，对于并联机械手的开发设计十分有利。
除了上述所描述在结构上的突出特点以外，并联机械手在实际应用中还有其他更多的优势，主要优点如下：（1）负重比大。
并联机构的每条运动链都要承受载荷，因此，在相同的自重情况下，并联机构较串联机构具有更大的承载能力。
（2）刚度大。
并联机构的每条运动链可以分享载荷，同时大多数情况下可以设计其只承受拉成仅受拉力与压力载荷。
高的刚度使得每条运动链上的变形都极小，确保了并联机构上末端执行器的位置精度。
（3）惯量低。
大多数驱动器直接固定在基座上，如伺服电机是直接固定在机架上的，因此并联机构中需要运动的零部件质量较小。
（4）动态性能好。
并联机构中的运动零部件惯性低，质量轻的优势。
（5）运动精度高。
并联机构中的误差是由各条运动链均分的，不像串联机构的误差主要来自各个关节误差的累积。
因此，并联机构误差相对较小并保证了运动精度。
（6）成本低。
并联机构的大多数零部件都是标准件。
当然并联机构作为一种新型机构，也有其自身的不足，比如，由于结构的原因，它的运动空间相对就比较小。
综上分析，并联机构与串联机构之间形成了鲜明的对比。
串联机构的优点通常都成为了并联机构的缺点，相反地，并联机构的优点很多又恰好是串联机构的缺点。
它们之间的这种关系，有的学者将其称为串联并联间的“对偶”关系，并以这种“对偶”关系为切入点，来进一步的深入研究串联、并联机构，现将它们之间的特点比较如表2.1所示。
表2.1并联与串联机械手性能比较2.1.2 并联机械手的研究现状随着近几年并联机构的研究热潮，针对其各方面特性的研究也随之展开。
当前，国内外关于并联机械手的研究主要集中在机构设计理论、运动学求解与分析、动力学建模、运动学标定、控制策略研究等方面。
并联机械手的性能从根本上取决于其机构设计。