三自由度解耦并联机构的综合及性能分析

发布时间：2020-08-26 22:05

【摘要】：并联机构在具有高精度,高强度等优点的同时,机构的强耦合性使得在机构在进行力学分析以及控制方面相对较难。本文针对机构的强耦合性,研究了机构的解耦特性,通过型综合理论得出一类具有三角化解耦特性的1T2R并联机构。并对其中的一种机构进行了机构自由度计算、运动学、静力学、动力学方面进行性能分析。最后将该机构应用于天线座架并进行了理论研究。首先,对三角化解耦机构的解耦特性进行了研究,通过解耦特性与转动自由度条件,得出了各支链的自由度,基于螺旋理论完成了对各支链的综合。通过对各支链进行组合,得到了不同的满足要求的机构构型。选择PU+PRU+PUS并联机构作为研究对象,进行了自由度计算,通过建立机构的运动学模型,求得了机构的位置、速度、加速度方程。并进行了数值仿真与模拟验证。同时求得了机构的Jacobian矩阵为下三角阵,验证了本文所综合机构三角化解耦特性的正确性。在进行机构自由度分析时,发现机构为过约束机构,针对过约束机构在静力学分析中存在的静不定问题,采用拆杆法对各杆件进行独立分析。通过对机构的冗余并联约束螺旋进行分析,得到虚设运动副以消除机构过约束。基于小变形理论,考虑构件在虚设运动副方向的弹性变形,以转动自由度条件为约束,建立机构的变形协调方程,结合平衡方程完成机构的静力学分析。通过建立机构支链间的闭环矢量方程,求得了各杆件质心处的位置、速度、加速度,同时建立了各杆件质心与动平台运动学参数之间的映射矩阵。在虚功原理的基础上,完成了对PU+PRU+PUS机构的动力学建模,求出了在机构运动过程中各支链的驱动力并对其进行了数值仿真。通过建立Adams模型完成了对机构动力学的模拟仿真,验证了本章动力学建模是正确的。最后,将PU+PRU+PUS机构应用于天线座架用来调整天线姿态,以保证天线与卫星之间的对准性。考虑卫星与天线之间的约束关系,求出机构动平台新的运动学参数后,替代原有动平台运动与受力,基于机构运动学与动力学方程,求出天线座架的运动学与动力学方程。使用Adams软件做相关验证,说明应用的可行性与合理性。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH112
【图文】：

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