4-CRU并联机构的降耦设计及运动学分析

发布时间：2020-10-20 15:42

　　 并联机构与串联机构相比具有结构紧凑、精度高等优点,可广泛应用于航天、医疗器械等领域。本文在已有新型4-CRU并联机构的基础上,利用单开链原理对其进行结构分析,得到机构动平台的方位特征集、自由度数目F=4及类型、机构耦合度?=2。以此为基础,利用结构降耦原理对其降耦并得到新型低耦合度?=1的2-(CRR)_2R并联机构。本文以2-(CRR)_2R并联机构为研究对象,对其运动学、工作空间、尺度优化、轨迹规划进行以下四个方面的研究工作。第一,2-(CRR)_2R并联机构的运动学分析。利用坐标变换规律及杆长约束条件,建立2-(CRR)_2R并联机构位置正、逆解模型。依据该机构构件间的几何关系及其运动约束,将机构位置正解模型转化为一维超越方程。求解中,首先采用一维搜索法可得一维超越方程的多个解区间,然后利用黄金分割法对多个解区间进行迭代搜索,得到全部高精度数值解。通过算例证明该模型建立正确,求解方法精度高、稳定性好、收敛速度快。为进一步对该机构运动性能进行研究,利用矢量法建立机构运动副及构件的矢量方程,结合杆长约束条件得到机构速度、加速度正、逆解模型。利用MATLAB编程进行数值算例,绘制了机构速度、加速度曲线。同时,以数值算例中的驱动函数作为输入,应用ADAMS进行运动学仿真,得到其速度、加速度曲线与MATLAB数值算例一致。结果表明,所建立的解析模型和分析方法正确、可行,为后续的参数化设计奠定了基础。第二,2-(CRR)_2R并联机构的工作空间分析。以该机构位置逆解模型为基础,结合机构杆长、转角等约束条件,建立机构工作空间数学模型。利用MATLB进行数值搜索满足约束条件的点,得到该机构工作空间“点集”数。同时,绘制出该机构工作空间三维点云图、各方向投影点云图。观察工作空间点云图可知,该机构工作空间形状规则、内部无空洞且对称性较好。与此同时,采用单一变量法研究机构参数对工作空间大小的影响,为该并联机构的应用提供了基础数据。第三,2-(CRR)_2R并联机构的尺度优化。以机构工作空间最大为优化目标,建立尺度优化模型。利用差分进化算法求解该优化问题,得到最优机构的全部尺度参数。通过优化后机构尺度参数再次进行工作空间分析,结果显示优化后机构工作空间范围更大,“点集”数约增大6倍、形状更加规则。研究结果表明该尺度优化模型建立及解析方法正确、效果好。第四,2-(CRR)_2R并联机构轨迹规划。给定机构动平台“门字框”形运动轨迹,选取轨迹的上12个关键点。以机构位置逆解为基础,利用差分进化算法将驱动函数拟合为4~8次多项式函数。并以之作为输入、进行ADAMS运动学仿真,得到机构动平台的运动路径、速度及加速度。结果表明,动平台实际运动轨迹与期望轨迹基本吻合、速度与加速度无明显波动、冲击小,在末端位置与期望值有略小偏差,满足一般精度要求。
【学位单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TH112
【部分图文】：

重庆理工大学硕士学位论文由度并联机构作为飞行模拟器装置的本体结构，该机构的提出对产生了深远的影响，并被称之为 Stewart 平台如图 1.1 所示[2]。者 Hunt 亦以 Stewart 平台为研究对象，对其机构自由度及总体

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图 1.2 航天对接器器械器械中，多数康复机器人采用了并联机构作为其本体结构。Kreb[康复训练机器人系统，该机器人的本体结构采用的为 2 自由度并示。1999 年，Reinkensmeyer 等[6]试制出一种以并联机构作为本体训练装置—ARM-Guide，该装置可应用于测量康复患者上肢的可
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本文编号：2848864