第一章 主要叙述课题的研究背景和意义，综述国内外相关领域的研究现状以及存在的 问题，并提出本篇论文主要研究内容。

第二章 介绍所研究的具有四个自由度高速搬运并联机器手的主体构造，对其构型进行 运动学分析，建立其位置逆解，为后续章节的工作奠定基础。

第三章 利用 SolidWorks 开展机器人机械结构设计，完成关键零部件的具体结构设计和 标准件的选型，为有限元建模奠定基础。

第四章 利用 ansys workbench 软件完成模态分析分析，在分析的过程中，通过比较固有 频率和六阶模态分析中每一阶的振型，然后以此为依据，修改机构的薄弱环节，最终得以设 计出合理的机械结构。

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2 运动学分析

2.1 引言

本文所研究的是一种四自由度高速搬运并联机器人，该机构的主要特点是末端执行器能 够实现空间三自由度平动和绕竖直轴的转动。本章首先介绍该机构的总体结构，然后构造该 机构的位置逆解模型，为后续章节的工作奠定基础。

2.2 机构简介

本文所研究的机构可根据工作时抓放动作的要求，机构的主体部分可实现空间一个转动 自由度和三个方向的平动。其中，转动用于调整标的物的摆放姿态，平动用于实现抓放目标 物体的空间移位，以便实现移位和摆放在一道工序内完成。

如上图 2.1 如所示：4-RR(SS)2 高速并联机械手（可沿 x，y，z 轴方向平动和绕 z 轴的转 动）结构主要包括：静平台、动平台以及连接静、动平台的 RR(SS)2 支链 R 表示转动副，(SS)2 表示由四个球铰链组成的平行四边形。每条支链均由转动叉、主动臂和含平行四边形的从动来!自~优尔论-文|网www.youerw.com

臂组成，其中转动叉上安装有驱动电机和减速器。在主动臂和从动臂可实现三维平动的基础 上，每条支链的转动叉均与静平台转动连接，且四条转动轴线相互平行，从而可实现尾端动 平台的三维平动和绕竖直轴的转动。该机械手结构主要有以下优势：采用单动平台可有效减 轻运动部件的重量，从而有利于提高机械手的高速度和高加速度的动态特性。

2.3 位置逆解

图 2.2 4-RR(SS)2 高速并联机械手结构

如上图 2.2 为高速并联机械手机构简图，图中 Pi 和 Ai ( i 1, 2, 3, 4 )分别为支链 i 与动、静平 台连接的铰链中心，Bi 为连接主动臂和从动臂的铰链中心。在 A1 A2 A3 A4 和 P1P2 P3 P4 上分别建立 固定参考系 R和连体系 R， 且满足 x 与 A1 A3 重合， z A1 A2 A3 A4 ， x与 P1P3 重合， zP1P2 P3 P4  。因动平台只有绕竖直轴的转动，故系R相对于系R的姿态矩阵可表示为

式中，表示末端动平台绕竖直轴的转角，根据支链的结构特点可知，该转角也是各条支链 中的转动叉与静平台之间的转角。

位置逆解模型涉及建立末端动平台的空间位置与主动臂转动角度之间的关系。其主要作 用是为后续设计分析和控制系统搭建奠定必要的理论基础。

4-RR(SS)2 并联机构的位置逆解分析可归结为已知