● 摘要
自然界中许多现象是多自由度驱动的，如人的肩、腕等马达。另外，随着科技的发展，一些精密装置对运动的要求越来越高，单自由度驱动已经无法满足要求，若每个自由度的运动由一台单自由度马达来完成，这必然造成机构复杂、体积庞大、动态性能差。与单自由度马达相比，多自由度球形马达的机械集成度高，可用于机器人马达、精密装配等机电装置。本课题就是基于前人的球形电机的基础上，创新性的提出了一种三自由度液压球形马达，具有转矩大，结构紧凑且易于控制等特点。本论文主要做了如下几项工作：首先通过对已有球形电机的分析，结合本课题所设计的三自由度液压球形马达的具体指标确定了马达的设计方案。通过三维建模软件Pro/E来建立三维模型，并利用Pro/E的机构分析和结构强度分析来找出结构设计不合理之处，以确定本马达最终的设计方案。在此基础上，利用Auto CAD完成了所有组件的工程图绘制。然后，以机器人运动学分析为基础，针对此三自由度球形马达的特定模型做运动学分析，推导出的运动学方程。在此基础上，分析了马达的姿态正解、姿态逆解和奇异位形，并通过Pro/E的运动学分析加以佐证。再次，为便于分析，通过液压系统基本方程分别对叶片摆动马达和球形摆动马达做动力学分析，建立马达的数学模型。最后，通过建立的马达数学模型来分析马达的动态性能，同时提出简单的控制方法和轨迹规划。