变胞关节式串并联空间桁架机构研究

发布时间：2020-05-17 20:02

【摘要】：近年来,伴随着科技的发展,太空中的人造卫星如通信卫星、气象卫星、导航卫星等越来越多,为人类的生产与生活等活动提供大量的方便。但是与此同时也产生了大量的太空垃圾,因此对废旧卫星的回收非常重要。传统并联机构在实现三个方向的运动时需要有三个驱动电机,存在质量大而且成本高的问题。本文提出了将变胞关节与并联机构结合构成的变胞关节式并联机构,将变胞关节式并联机构串联构成串并联空间桁架机构,相比于传统的串并联机构,该串并联空间桁架机构使用更少的驱动电机,而且具有较大的运动空间。将该串并联空间桁架机构末端安装末端执行器,如钻头、探头或者夹具,可完成观测及操作等任务。而将多个串并联空间桁架机构进行组装可用于空间抓捕,因此对空间桁架机构的研究具有重要意义。本文第二章详细设计了变胞关节式并联机构,对变胞关节式并联机构自由度进行分析,并对结构进行详细设计,通过试验验证该变胞关节式并联机构朝不同方向展开的变胞功能试验。本文第三章对变胞关节式并联机构的运动空间进行求解,并改变支链杆长分析杆长对变胞关节式并联机构运动空间的影响。在给定变胞并联机构2个驱动电机一定转速下通过求导法对变胞关节式并联机构中心点的位置进行求导得到变胞并联机构的速度-时间曲线及加速度-时间曲线,使用机械系统动力学自动分析软件ADAMS验证运动学分析结果的正确性。使用虚功原理分别对变胞并联机构自由度为1和2两种状态进行静力学分析,使用拉格朗日方程法对变胞关节式并联机构进行动力学分析,分析壁厚对变胞关节式并联机构基频的影响。本文第四章将3个变胞关节式并联机构串联,构成串并联空间桁架机构,分析串并联空间桁架机构的运动空间,对串并联空间桁架机构末端中心点位置求导得到串并联空间桁架机构的速度-时间曲线及加速度-时间曲线。使用虚功原理对串并联空间桁架机构进行静力学分析,使用达朗贝尔原理对串并联空间桁架机构进行动力学分析。
【图文】：

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1989 年，Renaud 与 Charentus 将 4 个 Stewart 并联机构串联进行串联，研制了了世界上首个多平台串并联机器人 LX，，并且 Logabex 公司在此基础上对 LX 机器人进行研究和生产，LX 因其由多个相同的模块构成的特点使得该串并联机器人可在结构上不断扩展而且便于生产[7]。1992 年，Shahipoor[8]设计一种模块化的串并联机器人，每个模块是一个 Stewa机构，该串并联机构由位于底部的 3-SPS+PPP 机构和位于顶部的 3-SPS+S 机构串联组成的串并联机构，在底部的 3-SPS+PPP 机构具有沿着 X、Y、Z 方向的移动自由度，位于顶部的 3-SPS+S 机构包括 3 个绕轴固定轴转动自由度，这种设计方式的好处在于可求得该机构正解的解析解，且具有机构运动空间范围与动平台位姿无关的特点；此外可通过改变模块数量而获得更大范围的灵活性与工作范围，因为该模块质量较轻，因此整个机构的刚度与质量的比值大。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文1989 年，Renaud 与 Charentus 将 4 个 Stewart 并联机构串联进行串联，研制了了世界上首个多平台串并联机器人 LX，并且 Logabex 公司在此基础上对 LX 机器人进行研究和生产，LX 因其由多个相同的模块构成的特点使得该串并联机器人可在结构上不断扩展而且便于生产[7]。1992 年，Shahipoor[8]设计一种模块化的串并联机器人，每个模块是一个 Stewa机构，该串并联机构由位于底部的 3-SPS+PPP 机构和位于顶部的 3-SPS+S 机构串联组成的串并联机构，在底部的 3-SPS+PPP 机构具有沿着 X、Y、Z 方向的移动自由度，位于顶部的 3-SPS+S 机构包括 3 个绕轴固定轴转动自由度，这种设计方式的好处在于可求得该机构正解的解析解，且具有机构运动空间范围与动平台位姿无关的特点；此外可通过改变模块数量而获得更大范围的灵活性与工作范围，因为该模块质量较轻，因此整个机构的刚度与质量的比值大。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112

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本文编号：2669105