基于结构降耦和运动解耦的并联机构拓扑结构优化及其性能改善

发布时间：2018-11-07 13:38

【摘要】：并联机构的拓扑结构包含各支链本身的拓扑结构以及各支链相对于动/静平台布置的拓扑结构两个层面,后者对并联机构的结构、运动、动力学性能有重要影响,但研究相对较少。阐述机构结构降耦原理及其降耦设计方法,同时,提出一种基于Pro/E-ADAMS仿真运动曲线的机构运动解耦性判断方法,而无须求解机构的输入-输出位置方程。以两平移一转动3-RRR、三平移3-R//R//C并联机构为例,不改变其支链本身的拓扑结构,仅改变其在动/静平台之间的拓扑结构,设计出相应的结构降耦构型和运动解耦构型:两平移一转动机构的耦合度从k=1降为k=0,从而极易求得位置正解解析式;而原先不具有运动解耦性的三平移机构具有了部分运动解耦性,因而运动规划和控制变得容易。对一种3-R//R//C解耦构型的位置正解、运动解耦性、奇异位形、工作空间、灵巧度性能进行计算分析,发现其性能明显优于优化前的原始构型。研究成果为并联机构的拓扑结构优化及其性能改善,以及揭示两者之间的关系提供了一种有效方法。
[Abstract]:The topological structure of the parallel mechanism includes the topology of each branch chain and the topology structure of each branch chain relative to the dynamic / static platform. The latter has an important influence on the structure, motion and dynamic performance of the parallel mechanism. But the research is relatively few. The decoupling principle of mechanism structure and the design method of decoupling are described. At the same time, a method for judging the kinematic decoupling of mechanism based on Pro/E-ADAMS simulation motion curve is proposed, without the need to solve the input-output position equation of the mechanism. Taking the 3-RRR parallel mechanism with two translation and one rotation, and the 3-R//C parallel mechanism with three translation as an example, the topological structure of the branch chain itself is not changed, but the topological structure between the dynamic and static platforms is changed. The corresponding structure decoupling configuration and kinematic decoupling configuration are designed: the coupling degree of two translation and one rotation mechanism is reduced from kt1 to KG, and the positive position solution is easy to be obtained; However, the three-translation mechanism, which had no kinematic decoupling, has partial kinematic decoupling, which makes motion planning and control easier. The position positive solution, kinematic decoupling, singular configuration, workspace and dexterity performance of a 3-R//C decoupling configuration are calculated and analyzed. It is found that the performance of a 3-R//C decoupling configuration is obviously superior to that of the original configuration before optimization. The research results provide an effective method for topology optimization and performance improvement of parallel mechanism, as well as for revealing the relationship between them.
【作者单位】： 常州大学现代机构学研究中心;
【基金】：国家自然科学基金(51375062,51475039,51475050) 江苏省重点研发计划(BE2015043) 江苏省科技成果转化专项资金(BA2015098)资助项目
【分类号】：TH112

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本文编号：2316533