新型三转动并联机构虚拟样机设计及综合性能分析

发布时间：2020-10-21 06:59

　　 本文面向航空航天、机器人等领域对空间转动机构的需求,在国家自然科学基金的资助下,对天津大学提出的一类新型空间三转动并联机构3-PSS/S的设计理论与方法进行了较为深入的研究,内容涉及运动学分析、虚拟样机设计与工作空间分析、静/动态特性预估等。主要研究成果如下: 1.运动学分析。借助螺旋理论推导了该机构自由度数目与类型。利用闭环矢量法建立了机构位置/速度/加速度分析模型,并利用速度雅克比矩阵分析了该机构的奇异性。 2.虚拟样机设计及工作空间分析。根据3-PSS/S机构的拓扑结构,确定该机构样机的初步机械结构,并在Solidworks软件平台下开发其虚拟样机。明确该机构的可达工作空间,并通过搜索满足主动副位移、铰链转角、连杆干涉等工程约束的机构工作空间边界,进而分析了机构尺度参数对工作空间的影响。利用COSMOSMotion插件进行虚拟样机运动仿真与干涉检验,验证了运动学分析的正确性。 3.静/动态特性预估。借助商用有限元软件建立了3-PSS/S机构虚拟样机的有限元模型,并分析了处于典型位姿的虚拟样机的整机静刚度及模态,指出影响机构动、静态特性的关键零部件,为虚拟样机的详细机械设计提供指导。上述研究成果为该机构的原型样机建造奠定了坚实基础。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TH112;TP391.9
【部分图文】：

第一章 绪论1.1 课题研究背景及意义上世纪 50 年代，Gough-Stewart 平台的诞生为机构学界开拓了一片新地，引起广大学者对并联机构的兴趣。这种并联机构由动、静平台及连接动静平台的若干条支链组成。基于 Gough-Stewart 平台原理，学者们先后研制了航空轮胎检测装置（图 1-1）、飞行模拟器（图 1-2）以及用于装配的六自由度并联装置。由于并联机构具有结构刚度高、承载能力大、响应速度快、结构紧凑等特点，到20 世纪 90 年代，并联机构的设计理论与关键技术研究已得到了蓬勃发展，并在工业、医疗、航空航天等诸多领域广泛应用。

第一章 绪论1.1 课题研究背景及意义上世纪 50 年代，Gough-Stewart 平台的诞生为机构学界开拓了一片新地，引起广大学者对并联机构的兴趣。这种并联机构由动、静平台及连接动静平台的若干条支链组成。基于 Gough-Stewart 平台原理，学者们先后研制了航空轮胎检测装置（图 1-1）、飞行模拟器（图 1-2）以及用于装配的六自由度并联装置。由于并联机构具有结构刚度高、承载能力大、响应速度快、结构紧凑等特点，到20 世纪 90 年代，并联机构的设计理论与关键技术研究已得到了蓬勃发展，并在工业、医疗、航空航天等诸多领域广泛应用。

第一章 绪论泛应用于食品、医药、电子等行业中的高速抓取作业(图 1-3)。德国chnology 公司生产的 Sprint Z3 并联动力头[2]是典型的平转耦合并联机构，可核心功能部件构建高档 5 坐标高速铣削加工中心或移动工作站，应用于航天领域中大型结构件的高速铣削加工(图 1-4)。Tricept[3]系列机械人是少自由联机构作为功能模块构建多功能可重构制造装备的典范，现已在汽车、航空中广泛用于零部件的加工与装配(图 1-5)。此外，法国 LIRMM[4]突破 Delta 机械手的知识产权，研制出四自由度并联手 H4(图 1-6)，可实现动平台的三平动和一转动；天津大学黄田教授借鉴 D械手和Tricept机械手的设计原理发明了2平动自由度机械手Diamond[5](图 5 自由度 TriVariant[6]系列混联机器人(图 1-8)，二者分别成功应用于电池分管件相贯线的切割与焊接。
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本文编号：2849798