【四自由度串并聯(lián)機器人綜合實驗臺】

　　實驗裝置的主要功能介紹

　　機械原理課堂教學(xué)的目的就是讓學(xué)生掌握運動方案創(chuàng)新設(shè)計方法，從而培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計能力。本實驗裝置將一個極具工業(yè)感的并聯(lián)數(shù)控機床引入實驗，自行開發(fā)研制了一個三自由度并聯(lián)機構(gòu)運動學(xué)模型，并和一自由度旋轉(zhuǎn)主軸一起組成了四自由度串并聯(lián)機構(gòu)實驗裝置，包括兩種數(shù)控機床機構(gòu)運動學(xué)模型，有：

　　1)并聯(lián)銑床，由一個TTR三自由度并聯(lián)機構(gòu)串聯(lián)一個旋轉(zhuǎn)自由度組合而成。三自由度并聯(lián)機構(gòu)終端執(zhí)行器實現(xiàn)三坐標(biāo)軸的平動，一個旋轉(zhuǎn)運動提供主軸的運動，可以加工出一個立體曲面。實驗中可以加工一個有機玻璃曲面。

　　2)并聯(lián)車床，由一個TTT三自由度并聯(lián)機構(gòu)串聯(lián)一個旋轉(zhuǎn)自由度組合而成。三自由度并聯(lián)機構(gòu)終端執(zhí)行器實現(xiàn)二坐標(biāo)軸的平動和繞第三坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動，一個旋轉(zhuǎn)運動提供主軸旋轉(zhuǎn)，可以加工出各種回轉(zhuǎn)體曲面。實驗中可以加工一個有機玻璃或木質(zhì)零件曲面。

　　他們均由三臺步進電機驅(qū)動和一臺調(diào)速電機驅(qū)動，運動控制由計算機加一臺運動控制器完成。主要功能包括：

　　1)機構(gòu)選擇：通過選擇不同的機構(gòu)，來確定你要控制的對象，不同的機構(gòu)有不同的運動規(guī)劃方法和運動控制算法;

　　2)手動控制：可以控制單軸運動和單自由度運動，手動調(diào)節(jié)機構(gòu)運動的初始位置;

　　3)自動控制：分別輸入學(xué)生規(guī)劃好的終端執(zhí)行器的運動規(guī)律或原動件的運動規(guī)律，從而驅(qū)動三電機的同步運動。

　　4.)軌跡規(guī)劃：學(xué)生輸入工件的坐標(biāo)，系統(tǒng)將會自動產(chǎn)生控制電機運動的文件。

　　針對不同基礎(chǔ)和要求的學(xué)生，配用不同的功能，從簡單到復(fù)雜均可以完成實驗并聯(lián)機構(gòu)綜合實驗。

　　 實驗裝置的主要用途

　　該裝置可以開設(shè)系列并聯(lián)機構(gòu)綜合實驗，有助于拓寬學(xué)生的視野，促進深化機械原理的課程教學(xué)改革，讓學(xué)生通過實踐真正掌握機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設(shè)計方法。本裝置可開設(shè)的實驗有：

　　1) 并聯(lián)機器人認(rèn)識實驗：包括并聯(lián)機器人的組成和應(yīng)用、并聯(lián)機構(gòu)多種運動方案的認(rèn)識實驗。

　　2) 加工軌跡規(guī)劃的實驗：目的是將工件軌跡離散為工具坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，便于后續(xù)的運動學(xué)反解，從而掌握運動規(guī)劃的方法;

　　3) 并聯(lián)機器人運動規(guī)劃實驗：根據(jù)終端執(zhí)行器的運動規(guī)律確定原動件的運動規(guī)律，即掌握三自由度并聯(lián)機構(gòu)的運動學(xué)反解的方法。

　　4) 插補實驗：三軸聯(lián)動的插補算法實驗。

　　5) 并聯(lián)加工作業(yè)實驗：學(xué)生完成2、3、4實驗后，可以進行加工作品的練習(xí)，用并聯(lián)銑床或并聯(lián)車床加工一個有機玻璃或木質(zhì)的曲面。

　　上述實驗從1)至5)，由淺入深，從認(rèn)識到實踐，對應(yīng)著不同基礎(chǔ)和不同需求的學(xué)生。在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計能力和動手能力方面效果顯著。教學(xué)上最主要的特點就是能夠使學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題，而解決問題的過程實際上是學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的過程，他們會把所學(xué)的知識靈活運用，會根據(jù)需求去求索新的知識，正如學(xué)生所說“在解決問題中學(xué)習(xí)是進步最快和收獲最大的?！?

　　儀器名稱：四自由度串并聯(lián)機器人綜合實驗臺

　　完成單位：華中科技大學(xué)機械學(xué)院機械設(shè)計與汽車工程