刚柔耦合平面并联机构设计及其性能分析
发布时间：2020-12-12 05:34
传统刚性并联机构中由于运动副间隙的存在,在运动中不可避免的会产生振动冲击,并且由于其自身结构的限制,在运动过程中会存在多种奇异位置。相比于传统刚性机构,柔性机构中具有消除运动副间隙、无摩擦、无需润滑等优势。因此,本文针对传统刚性机构中存在振动冲击,规避奇异困难等问题,将柔性机构作为运动副加入到传统刚性并联机构中,形成具有规避奇异特性的刚柔耦合并联机构。在刚柔耦合机构中由于柔性关节的存在,减少了运动副间隙和冲击振动,同时可利用柔性机构储能释放能量的优势规避机构中的奇异位形,从而提高了机构的整体性能。本文以抓取对振动和冲击有严格要求的精密电子元器件为研究背景,确定了机构的设计准则,根据机构任务要求对作为本体的传统刚性并联机构进行设计,利用支链构造法,综合出了 19种机构构型。确定了以分布式柔性转动副加入到刚性并联机构中的设计方案,设计出了一类刚柔耦合并联机构并绘制出了相应的三维简图。其次,利用伪刚体模型法对柔性关节进行了分析修正,利用闭环矢量方程法对机构求解了运动学正逆解。完成了包括机构的工作空间、奇异性及动力学性能的分析。同时,对反映机构精度特性的静刚度及机构误差性能进行了分析,并提出了...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１并联抓取机器人?－??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐａｒａｌｌｅｌ?ｇｒａｂ?ｒｏｂｏｔ??
同时人们希望能在宏观机构中加入更多的柔性机构，所以研究含有柔性结构??的并联结构任重道远。由于柔性机构自身结构的优异性，在人们生活和各种工程??领域有着广泛的应用，目前其主要的应用领域有以下几个方面：精密工程，仿生??机器人，柔性智能结构［３］。??柔性机构与精密工程，近年来微纳米技术在各个领域蓬勃发展，柔性机构由??于其精度高，一体化制作方便等优势，使其在微制造和微操作、微机电系统、生??物医学工程等高精度要求的领域中有着重要的应用。例如，传统刚性结构制作出??的精密运动平台达到的分辨率极限是５０ｎｍ、精度为ｌｎｍ，基于刚性机构很难突破??这一精度瓶颈，但是柔性机构制作成的定位平台可以使精度提高１？３个数量级。??柔性机构还应用于精密运动定位平台、精密传动装置、精密执行器、精密传感器??等用途。微定位领域是柔性机构应用最广的领域，特别是具有纳米级分辨率的超??精密定位技术领域，微纳米级别器件的组装及操作，这些任务领域通常要求工作??台能实现灵巧的操作与装配任务，同一工作空间中可以容纳多种功能单元、部件??供料器和执行器，如晶片、生物芯片的键合、光电子器件耦合装配等，例如图１－３??至图１－５所示为柔性机构的几种应用。??
同时人们希望能在宏观机构中加入更多的柔性机构，所以研究含有柔性结构??的并联结构任重道远。由于柔性机构自身结构的优异性，在人们生活和各种工程??领域有着广泛的应用，目前其主要的应用领域有以下几个方面：精密工程，仿生??机器人，柔性智能结构［３］。??柔性机构与精密工程，近年来微纳米技术在各个领域蓬勃发展，柔性机构由??于其精度高，一体化制作方便等优势，使其在微制造和微操作、微机电系统、生??物医学工程等高精度要求的领域中有着重要的应用。例如，传统刚性结构制作出??的精密运动平台达到的分辨率极限是５０ｎｍ、精度为ｌｎｍ，基于刚性机构很难突破??这一精度瓶颈，但是柔性机构制作成的定位平台可以使精度提高１？３个数量级。??柔性机构还应用于精密运动定位平台、精密传动装置、精密执行器、精密传感器??等用途。微定位领域是柔性机构应用最广的领域，特别是具有纳米级分辨率的超??精密定位技术领域，微纳米级别器件的组装及操作，这些任务领域通常要求工作??台能实现灵巧的操作与装配任务，同一工作空间中可以容纳多种功能单元、部件??供料器和执行器，如晶片、生物芯片的键合、光电子器件耦合装配等，例如图１－３??至图１－５所示为柔性机构的几种应用。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]平面3RRR机构杆长误差对奇异性的影响分析[J]. 单宁,班超,王草山,刘霞,程东方. 机床与液压. 2017(07)
[2]一种新型具有闭环单元的高刚度冗余并联机构[J]. 赵福群,郭盛,曲海波. 机械工程学报. 2017(09)
[3]含有柔顺关节的并联机器人应力分析[J]. 李渊,余跃庆. 北京工业大学学报. 2016(06)
[4]对称型平面3-RRR并联机构可达工作空间研究[J]. 李大海,宋胜涛,李瑞琴,赵建文,赵瑞杰. 机械传动. 2015(09)
[5]基于遗传算法的五杆机构运动性能优化[J]. 黄冠宇,方跃法,曲海波,田春旭. 北京交通大学学报. 2015(04)
[6]柔性机构及其应用研究进展[J]. 于靖军,郝广波,陈贵敏,毕树生. 机械工程学报. 2015(13)
[7]柔顺关节并联机器人动力学模型[J]. 李渊,余跃庆. 农业机械学报. 2015(07)
[8]运动副间隙引起的并联机器人误差及其补偿[J]. 余跃庆,田浩. 光学精密工程. 2015(05)
[9]6R工业机器人刚度分析[J]. 张永贵,刘晨荣,刘鹏. 机械设计与制造. 2015(02)
[10]平面三自由度3-RRR并联机构的驱动力矩分析[J]. 郭彦军,李瑞琴. 机械传动. 2013(12)
博士论文
[1]考虑运动副间隙的平面并联机构动力学与控制研究[D]. 宋振东.哈尔滨工业大学 2017
[2]平面3-RRR柔性并联机器人机构弹性动力学建模与振动主动控制研究[D]. 张清华.华南理工大学 2013
[3]并联机构运动奇异性及其动态稳定性研究[D]. 李雨桐.浙江大学 2010
硕士论文
[1]基于连杆机构的新型并联机器人构型设计与分析[D]. 赵福群.北京交通大学 2016
[2]用于并联机器人的开槽薄壁柔顺关节设计仿真及实验研究[D]. 马兰.北京工业大学 2014
[3]柔顺双稳态机构的动力学研究[D]. 孙肇鹏.中国矿业大学 2014
[4]柔顺铰链的结构设计、仿真及实验研究[D]. 崔忠炜.北京工业大学 2013
[5]六自由度并联机构误差分析和补偿[D]. 宋晓飞.重庆大学 2012
[6]柔顺机构的软化和静态平衡设计[D]. 张守银.西安电子科技大学 2012
[7]6R型工业机器人关节刚度辨识与实验研究[D]. 陈玉山.华中科技大学 2011
[8]并联机器人位姿误差分析与补偿方法研究[D]. 刘志杰.燕山大学 2010
本文编号：2911945
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１并联抓取机器人?－??Ｆｉｇ．?１－１?Ｐａｒａｌｌｅｌ?ｇｒａｂ?ｒｏｂｏｔ??
同时人们希望能在宏观机构中加入更多的柔性机构，所以研究含有柔性结构??的并联结构任重道远。由于柔性机构自身结构的优异性，在人们生活和各种工程??领域有着广泛的应用，目前其主要的应用领域有以下几个方面：精密工程，仿生??机器人，柔性智能结构［３］。??柔性机构与精密工程，近年来微纳米技术在各个领域蓬勃发展，柔性机构由??于其精度高，一体化制作方便等优势，使其在微制造和微操作、微机电系统、生??物医学工程等高精度要求的领域中有着重要的应用。例如，传统刚性结构制作出??的精密运动平台达到的分辨率极限是５０ｎｍ、精度为ｌｎｍ，基于刚性机构很难突破??这一精度瓶颈，但是柔性机构制作成的定位平台可以使精度提高１？３个数量级。??柔性机构还应用于精密运动定位平台、精密传动装置、精密执行器、精密传感器??等用途。微定位领域是柔性机构应用最广的领域，特别是具有纳米级分辨率的超??精密定位技术领域，微纳米级别器件的组装及操作，这些任务领域通常要求工作??台能实现灵巧的操作与装配任务，同一工作空间中可以容纳多种功能单元、部件??供料器和执行器，如晶片、生物芯片的键合、光电子器件耦合装配等，例如图１－３??至图１－５所示为柔性机构的几种应用。??
同时人们希望能在宏观机构中加入更多的柔性机构，所以研究含有柔性结构??的并联结构任重道远。由于柔性机构自身结构的优异性，在人们生活和各种工程??领域有着广泛的应用，目前其主要的应用领域有以下几个方面：精密工程，仿生??机器人，柔性智能结构［３］。??柔性机构与精密工程，近年来微纳米技术在各个领域蓬勃发展，柔性机构由??于其精度高，一体化制作方便等优势，使其在微制造和微操作、微机电系统、生??物医学工程等高精度要求的领域中有着重要的应用。例如，传统刚性结构制作出??的精密运动平台达到的分辨率极限是５０ｎｍ、精度为ｌｎｍ，基于刚性机构很难突破??这一精度瓶颈，但是柔性机构制作成的定位平台可以使精度提高１？３个数量级。??柔性机构还应用于精密运动定位平台、精密传动装置、精密执行器、精密传感器??等用途。微定位领域是柔性机构应用最广的领域，特别是具有纳米级分辨率的超??精密定位技术领域，微纳米级别器件的组装及操作，这些任务领域通常要求工作??台能实现灵巧的操作与装配任务，同一工作空间中可以容纳多种功能单元、部件??供料器和执行器，如晶片、生物芯片的键合、光电子器件耦合装配等，例如图１－３??至图１－５所示为柔性机构的几种应用。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]平面3RRR机构杆长误差对奇异性的影响分析[J]. 单宁,班超,王草山,刘霞,程东方. 机床与液压. 2017(07)
[2]一种新型具有闭环单元的高刚度冗余并联机构[J]. 赵福群,郭盛,曲海波. 机械工程学报. 2017(09)
[3]含有柔顺关节的并联机器人应力分析[J]. 李渊,余跃庆. 北京工业大学学报. 2016(06)
[4]对称型平面3-RRR并联机构可达工作空间研究[J]. 李大海,宋胜涛,李瑞琴,赵建文,赵瑞杰. 机械传动. 2015(09)
[5]基于遗传算法的五杆机构运动性能优化[J]. 黄冠宇,方跃法,曲海波,田春旭. 北京交通大学学报. 2015(04)
[6]柔性机构及其应用研究进展[J]. 于靖军,郝广波,陈贵敏,毕树生. 机械工程学报. 2015(13)
[7]柔顺关节并联机器人动力学模型[J]. 李渊,余跃庆. 农业机械学报. 2015(07)
[8]运动副间隙引起的并联机器人误差及其补偿[J]. 余跃庆,田浩. 光学精密工程. 2015(05)
[9]6R工业机器人刚度分析[J]. 张永贵,刘晨荣,刘鹏. 机械设计与制造. 2015(02)
[10]平面三自由度3-RRR并联机构的驱动力矩分析[J]. 郭彦军,李瑞琴. 机械传动. 2013(12)
博士论文
[1]考虑运动副间隙的平面并联机构动力学与控制研究[D]. 宋振东.哈尔滨工业大学 2017
[2]平面3-RRR柔性并联机器人机构弹性动力学建模与振动主动控制研究[D]. 张清华.华南理工大学 2013
[3]并联机构运动奇异性及其动态稳定性研究[D]. 李雨桐.浙江大学 2010
硕士论文
[1]基于连杆机构的新型并联机器人构型设计与分析[D]. 赵福群.北京交通大学 2016
[2]用于并联机器人的开槽薄壁柔顺关节设计仿真及实验研究[D]. 马兰.北京工业大学 2014
[3]柔顺双稳态机构的动力学研究[D]. 孙肇鹏.中国矿业大学 2014
[4]柔顺铰链的结构设计、仿真及实验研究[D]. 崔忠炜.北京工业大学 2013
[5]六自由度并联机构误差分析和补偿[D]. 宋晓飞.重庆大学 2012
[6]柔顺机构的软化和静态平衡设计[D]. 张守银.西安电子科技大学 2012
[7]6R型工业机器人关节刚度辨识与实验研究[D]. 陈玉山.华中科技大学 2011
[8]并联机器人位姿误差分析与补偿方法研究[D]. 刘志杰.燕山大学 2010
本文编号：2911945
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