【摘要】：兩轉一移(2R1T)三自由度并聯(lián)機構具有廣闊的工程應用前景,是機構學領域和工業(yè)領域中被關注的焦點。本文以兩種2R1T三自由度并聯(lián)機構為研究對象開展了運動等效并聯(lián)機構理論研究,體現(xiàn)了從運動等效機構的演化到運動/力傳遞性能分析及尺寸優(yōu)化設計,再到機構間約束性能對比分析的一整套研究思路,在幫助避免領域內出現(xiàn)一些重復性工作的同時也為實際工程應用背景下并聯(lián)機構的設計提供了尺寸參考和更多潛在的的構型選擇。本文首先以2RPU+UPR并聯(lián)機構為研究對象,對運動等效并聯(lián)機構的演化機理作出了詳細的闡述,給出了演化機理的數(shù)學表達形式并且基于演化機理演化出了2RPU+UPR并聯(lián)機構的多種運動等效并聯(lián)機構。其次,文章簡要介紹了并聯(lián)機構的運動/力傳遞指標的概念,基于運動/力傳遞指標分析2RPU+UPR及其運動等效并聯(lián)機構的運動/力傳遞性能,并繪制2RPU+UPR及其運動等效并聯(lián)機構的傳遞性能圖譜。通過2RPU+UPR并聯(lián)機構的幾何約束關系得到了參數(shù)優(yōu)化設計空間,以全局傳遞指標與優(yōu)良傳遞姿態(tài)空間大小為優(yōu)化指標對機構進行了尺度綜合。然后,介紹非過約束并聯(lián)機構運動/力約束指標,對輸入約束指標求解中存在的一些問題以及指標的物理意義進行了探討。引入冗余驅動并聯(lián)機構傳遞性能的分析方法,以其為參考給出過約束并聯(lián)機構的運動/力約束指標的求解思路。在基于運動/力傳遞性能的優(yōu)化尺寸下,繪制2RPU+UPR及其運動等效并聯(lián)機構的輸出約束指標圖譜,并求解各機構在無傳遞奇異姿態(tài)空間中的全域約束指標值,對比分析2RPU+UPR機構及其運動等效并聯(lián)機構之間的約束性能差異。最后,以非對稱3PRS并聯(lián)機構為例對文章體現(xiàn)的針對運動等效機構的整套研究思路進行了回顧與驗證。針對非對稱3PRS機構及其運動等效并聯(lián)機構,分析其運動/力傳遞性能并基于運動/力傳遞性能對其進行尺寸優(yōu)化設計,再對比分析其運動/力約束性能,在非對稱3PRS機構及其運動等效并聯(lián)機構中實現(xiàn)兼顧傳遞與約束性能的構型優(yōu)選。
【圖文】：

自 Stewart 于 1965 年提出一種新型的基于六自由度空間并聯(lián)機構的飛行模，并聯(lián)機構以其相較于串聯(lián)機構而具備的獨特的優(yōu)勢，如承載能力強、運、結構緊湊以及高速、高剛度等，一直是大批國內外學者的關注的焦點問題[1，在并聯(lián)機構的多數(shù)應用場合中其實并不需要六個自由度(例如并聯(lián)機床的多數(shù)應用場合下往往不需要繞動坐標系 z 軸的轉動)[4]，因此少自由度并聯(lián)而生。少自由度并聯(lián)機構相較于六自由度并聯(lián)機構而言擁有結構更加簡單量更少以及工作空間/機構體積比更大等優(yōu)點，工程應用前景非常廣泛。目由度并聯(lián)機構已經(jīng)成功廣泛應用于工程實際中的案例主要有：法國教授 Cla88 年提出的 Delta 并聯(lián)機構已被廣泛應用在食品、醫(yī)藥、電子等領域中的及分揀作業(yè)中，如圖 1-1 所示；Neumann[6]教授于同年發(fā)明的 Tricept 并聯(lián)機車零部件加工及裝配領域中應用廣泛，如圖 1-2 所示；由德國 DS Technolo于3PRS并聯(lián)機構研發(fā)的的Sprint Z3動力頭[7]在航空航天飛行器的大型結構占據(jù)了重要的地位，如圖 1-3 所示；艾克斯康公司以 2UPR+SPR 并聯(lián)機構模塊研發(fā)的 Exechon[8]機床，如圖 1-4 所示。

自 Stewart 于 1965 年提出一種新型的基于六自由度空間并聯(lián)機構的飛行模，并聯(lián)機構以其相較于串聯(lián)機構而具備的獨特的優(yōu)勢，如承載能力強、運、結構緊湊以及高速、高剛度等，一直是大批國內外學者的關注的焦點問題[1，，在并聯(lián)機構的多數(shù)應用場合中其實并不需要六個自由度(例如并聯(lián)機床的多數(shù)應用場合下往往不需要繞動坐標系 z 軸的轉動)[4]，因此少自由度并聯(lián)而生。少自由度并聯(lián)機構相較于六自由度并聯(lián)機構而言擁有結構更加簡單量更少以及工作空間/機構體積比更大等優(yōu)點，工程應用前景非常廣泛。目由度并聯(lián)機構已經(jīng)成功廣泛應用于工程實際中的案例主要有：法國教授 Cla88 年提出的 Delta 并聯(lián)機構已被廣泛應用在食品、醫(yī)藥、電子等領域中的及分揀作業(yè)中，如圖 1-1 所示；Neumann[6]教授于同年發(fā)明的 Tricept 并聯(lián)機車零部件加工及裝配領域中應用廣泛，如圖 1-2 所示；由德國 DS Technolo于3PRS并聯(lián)機構研發(fā)的的Sprint Z3動力頭[7]在航空航天飛行器的大型結構占據(jù)了重要的地位，如圖 1-3 所示；艾克斯康公司以 2UPR+SPR 并聯(lián)機構模塊研發(fā)的 Exechon[8]機床，如圖 1-4 所示。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH112

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本文編號：2675342