本文關(guān)鍵詞：一種支鏈含球面副的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能與仿真研究

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【摘要】：并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有剛度大、精度高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)慣性小、易于控制等優(yōu)點(diǎn),它廣泛應(yīng)用于并聯(lián)機(jī)床、航空航天、機(jī)器人、定位裝配、娛樂(lè)設(shè)施、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)械加工等領(lǐng)域。本文分析了支鏈含球面副(S)的三類(lèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型。以其中的支鏈運(yùn)動(dòng)副含移動(dòng)副(P)、球面副(S)和轉(zhuǎn)動(dòng)副(R)的三自由度3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象,對(duì)其主要進(jìn)行了以下內(nèi)容研究:首先,根據(jù)支鏈運(yùn)動(dòng)副的不同布置方式,綜合了三種含移動(dòng)副、球面副和轉(zhuǎn)動(dòng)副的并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型,分別為3-RPS、3-PRS和3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu),并總結(jié)了各自的主要應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)其中的3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的第一種構(gòu)型結(jié)構(gòu)進(jìn)行主要分析,計(jì)算其自由度,并用螺旋理論對(duì)其末端輸出運(yùn)動(dòng)形式加以分析,得出該機(jī)構(gòu)末端活動(dòng)平臺(tái)輸出為兩轉(zhuǎn)動(dòng)一移動(dòng)(2R1T)的運(yùn)動(dòng)形式。其次,分析了3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)。采用閉環(huán)矢量法建立機(jī)構(gòu)的位置逆解約束方程,根據(jù)機(jī)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)特性,添加三個(gè)結(jié)構(gòu)約束方程輔助求解機(jī)構(gòu)的位置正解,通過(guò)數(shù)學(xué)軟件Maple求解方程進(jìn)行位置正、逆解的數(shù)值驗(yàn)證,兩者結(jié)果一致。根據(jù)反螺旋理論推導(dǎo)出了機(jī)構(gòu)的全局雅可比矩陣表達(dá)式,為機(jī)構(gòu)的速度、加速度分析提供了依據(jù)。再次,研究了3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間。依據(jù)機(jī)構(gòu)的位置約束方程和關(guān)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)約束條件,利用數(shù)值搜索法對(duì)機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間進(jìn)行研究,通過(guò)Matlab軟件編程,搜索滿(mǎn)足條件的末端活動(dòng)平臺(tái)參考點(diǎn)的位置集合,導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的工作空間圖,并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)分析。最后,3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)仿真分析。使用三維建模軟件Solid Works創(chuàng)建機(jī)構(gòu)的各零部件模型,并進(jìn)行正確裝配,通過(guò)軟件接口,將機(jī)構(gòu)三維模型導(dǎo)入仿真軟件Adams中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析。給末端一定的輸出曲線軌跡,分析機(jī)構(gòu)的輸出參考點(diǎn)位置、速度和加速度等隨時(shí)間變化的曲線規(guī)律,同時(shí)可以得到機(jī)構(gòu)的對(duì)于輸入隨時(shí)間變化的情況。在末端活動(dòng)平臺(tái)上施加一定的外部載荷時(shí),分析機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性變化,并將施加載荷下的驅(qū)動(dòng)功率消耗情況與零載荷時(shí)加以比較,分析載荷對(duì)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力的變化影響,發(fā)現(xiàn)加載荷后的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)受力平穩(wěn)且無(wú)突變,而由于施加載荷的方向影響,導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)二的電機(jī)功率消耗最多,這為機(jī)構(gòu)在電機(jī)選型和桿件優(yōu)化及控制方面提供了理論參考。
【關(guān)鍵詞】：3-PSR 并聯(lián)機(jī)構(gòu) 支鏈構(gòu)型 運(yùn)動(dòng)學(xué) 工作空間 仿真
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH112
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-19
• 1.1 課題研究背景及意義11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意義11-12
• 1.2 三自由度S類(lèi)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究進(jìn)展與分析12-17
• 1.2.1 構(gòu)型綜合研究12-13
• 1.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)研究13-14
• 1.2.3 奇異性研究14-15
• 1.2.4 工作空間研究15-16
• 1.2.5 仿真分析研究16-17
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 2 支鏈含P副、S副、R副三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型研究19-30
• 2.1 S類(lèi)三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型及應(yīng)用分析研究19-25
• 2.2 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型分析25-26
• 2.3 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度分析26-27
• 2.4 基于螺旋理論的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析27-29
• 2.5 本章小結(jié)29-30
• 3 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)位置分析30-48
• 3.1 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的坐標(biāo)系建立30-31
• 3.2 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置描述與坐標(biāo)變換31-33
• 3.3 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置分析33-42
• 3.3.1 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置逆解分析33-38
• 3.3.2 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的位置正解分析38-41
• 3.3.3 位置解實(shí)例計(jì)算41-42
• 3.4 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的全局雅可比矩陣建立42-47
• 3.4.1 約束雅可比矩陣43-45
• 3.4.2 運(yùn)動(dòng)雅可比矩陣45-46
• 3.4.3 全局雅可比矩陣46
• 3.4.4 奇異性分析46-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 4 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間分析48-58
• 4.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間的分類(lèi)及求解方法48-49
• 4.1.1 并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間的分類(lèi)48-49
• 4.1.2 工作空間的求解方法49
• 4.2 影響 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間的因素49-51
• 4.3 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間求解51-57
• 4.3.1 數(shù)值搜索法求解51-53
• 4.3.2 工作空間仿真實(shí)例分析及參數(shù)的影響53-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 5 基于Adams的 3-PSR并聯(lián)機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)仿真研究58-76
• 5.1 Adams軟件常用模塊59-60
• 5.2 Adams軟件仿真步驟60-62
• 5.2.1 3D模型的獲取60-61
• 5.2.2 Adams軟件仿真模型的建立61-62
• 5.3 運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析62-70
• 5.3.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解仿真62-67
• 5.3.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)正解仿真67-70
• 5.4 動(dòng)力學(xué)仿真分析70-75
• 5.5 本章小結(jié)75-76
• 6 總結(jié)與展望76-78
• 6.1 總結(jié)76-77
• 6.2 展望77-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果83-84
• 致謝84-85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：767821