4-PRRU冗余驱动并联机构运动学分析及优化设计

发布时间：2020-09-18 20:38

　　 2R1T并联机构作为少自由度并联机构中的特别重要的部分,具有着广泛的应用前景。本文提出一种全新4-PRRU机构,此机构为三自由度冗余驱动并联机构,并主要研究了该机构的运动学部分、奇异位型部分以及性能分析与结构设计部分。主要涵盖了下面几点内容:在软件平台里构建4-PRRU冗余驱动并联机构的简易模型,并在正确位置标注基坐标系、动坐标系、以及杆件的相关参数。运用螺旋理论相关知识,计算该机构在不同位型下各自的自由度数目,之后用修正以后的G-K公式再次加以对比验证,结果表明该机构拥有3个自由度,依次为一个竖直方向上的移动,以及分别绕u轴方向和v轴方向的转动。利用机构的空间物理几何关系计算机构的位置正反解表达式。该机构速度方程与雅克比矩阵可采取对位置逆解进行全微分运算求得。依据雅可比矩阵行列式的相关特性进行计算,可得知该机构具有反解奇异,而不具有正解、混合奇异。通过考虑机构的杆长约束限制、转动副的转角约束限制以及机构的奇异位型约束这些因素,在MATLAB平台上选用数值搜索算法,绘制出机构末端刀具头的可达工作空间。在工作空间范围内通过给定刀具所要走的螺旋线,求解出各分支对应时间的驱动量,添加到Motion软件中进行动画仿真,动画可以说明此前的自由度分析与位置分析都是正确的。冗余驱动机构的力传递性能指标以螺旋理论为基础,在机构杆件参数优化过程中将其无量纲化,以LTI性能指标为目标函数,选取最佳的尺寸区域,得到优化的杆件参数,对比表明机构的力传递性能得到了明显的提高。选取4-PRRU冗余驱动并联机构的重要零部件,在ANSYS软件中通过设定合适结构材料,添加正确的载荷约束等条件进行重要零部件的结构静力分析,通过分析云图可以得知该机构的重要零部件刚度与强度均满足实际作业的要求。本文的研究内容丰富了冗余驱动并联机构在设计过程中的运动学分析、性能分析、静力分析等方面理论研究。
【学位单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH112

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本文编号：2822150