3-PPRS空间并联机构运动性能研究与仿真

发布时间：2017-04-13 09:38

  本文关键词：3-PPRS空间并联机构运动性能研究与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空间并联机构具有多条支链、多个驱动，其高精度和高负载能力受到了众多学者的青睐。为了更多地探究新型空间机构，本文提出了3-PPRS空间并联机构，分析了该机构的自由度，在运动学、工作空间及虚拟样机仿真方面进行了深入研究。 首先，提出了3-PPRS空间并联机构，并对其进行了结构构型设计，运用传统的Kutzbach-Grübler公式进行了自由度数的计算，运用螺旋理论详细分析了机构自由度，最终确认了该机构输出为六自由度的机构，两种方法的结果对比验证了计算的正确性。 其次，对3-PPRS并联机构的运动学进行了深入研究。基于旋转矩阵对机构进行了位置逆解的分析，通过杆长约束条件建立了逆解方程；运用空间矢量环建立正解约束方程，并用解析法逐步消元，得到一个单参数高次方程的求解，通过MATLAB编程得到3-PPRS并联机构的所有正解位姿，对正解和反解的计算结果进行对比，两计算结果一致；建立矢量关系求解出支链约束方程，方程两边对时间求导得到速度和加速度，从而求得3-PPRS并联机构的一阶、二阶影响系数。 然后，对3-PPRS并联机构的工作空间进行研究。基于位置逆解，运用数值搜索法求解该机构的工作空间，并且通过MATLAB进行编程计算，记录满足条件的位置点集，最后将可达工作空间以三维图导出。通过改变欧拉角输出范围，研究了欧拉角对工作空间的影响。 最后，对3-PPRS并联机构进行运动学和动力学的仿真。给定执行器末端轨迹，对其运动学进行仿真，测量六个驱动的速度、加速度等特性曲线，将之与理论曲线对比，验证了仿真的正确性；将逆解的驱动施加到六个驱动电机上，并对动平台施加力和力矩，研究机构的六个驱动的驱动力及功率。经过分析研究，驱动电机的速度、加速度、驱动力、驱动功率变化平稳，没有突起，，为后续实验研究奠定了基础。
【关键词】：3-PPRS并联机构 运动学分析 工作空间 动力学分析
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 空间并联机构的应用11-13
• 1.2.1 运动模拟器11
• 1.2.2 并联机床11-12
• 1.2.3 生物医学工程12
• 1.2.4 操作平台和传感器12-13
• 1.3 空间并联机构的研究现状及分析13-17
• 1.3.1 自由度分析13-14
• 1.3.2 运动学研究14-15
• 1.3.3 工作空间分析15-16
• 1.3.4 运动学及动力学仿真16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 1.5 本章小结19-20
• 2 3-PPRS 并联机构的构型研究20-27
• 2.1 引言20
• 2.2 3-PPRS 并联机构构型设计20-21
• 2.3 3-PPRS 并联机构自由度分析21-26
• 2.3.1 基于 Kutzbach- Grübler 公式的自由度计算21-22
• 2.3.2 基于螺旋理论的自由度计算22-26
• 2.4 本章小结26-27
• 3 3-PPRS 并联机构的运动学分析27-48
• 3.1 引言27
• 3.2 建立坐标系27-28
• 3.3 并联机构的位姿描述及坐标变换28-31
• 3.3.1 位姿描述28-30
• 3.3.2 坐标变换30-31
• 3.4 3-PPRS 并联机构位置分析31-42
• 3.4.1 3-PPRS 并联机构位置反解31-34
• 3.4.2 3-PPRS 并联机构位置正解34-40
• 3.4.3 实例计算40-42
• 3.5 速度分析42-46
• 3.6 加速度分析46-47
• 3.7 本章小结47-48
• 4 3-PPRS 并联机构工作空间研究48-58
• 4.1 引言48
• 4.2 工作空间分类48-49
• 4.3 影响 3-PPRS 并联机构工作空间的因素49-50
• 4.3.1 移动副的移动行程约束49
• 4.3.2 运动副转角的约束49-50
• 4.3.3 运动支链的干涉50
• 4.4 工作空间的计算方法50-51
• 4.4.1 离散法50
• 4.4.2 几何法50-51
• 4.4.3 数值法51
• 4.5 3-PPRS 并联机构的工作空间51-53
• 4.6 3-PPRS 并联机构工作空间仿真与分析53-57
• 4.7 本章小结57-58
• 5 3-PPRS 并联机构的运动学及动力学仿真58-71
• 5.1 引言58
• 5.2 Pro/E 和 ADAMS 软件的选择58-60
• 5.2.1 Pro/E 软件的选择58-59
• 5.2.2 ADAMS 软件特征59-60
• 5.3 3-PPRS 并联机构的虚拟样机60-63
• 5.3.1 创建 3D 模型60-61
• 5.3.2 ADAMS 中建立仿真模型61-63
• 5.4 3-PPRS 并联机构运动学仿真分析63-67
• 5.4.1 运动学仿真步骤64-65
• 5.4.2 运动学仿真结果及分析65-67
• 5.5 3-PPRS 并联机构动力学仿真分析67-69
• 5.5.1 动力学仿真步骤67-68
• 5.5.2 动力学仿真结果及分析68-69
• 5.6 本章小结69-71
• 6 总结与展望71-73
• 6.1 全文总结71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果78-79
• 致谢79-80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 罗锦华;章程;赵成宏;;基于Pro/E和ADAMS的动力学联合仿真研究[J];船电技术;2011年09期

2 盖永军;潘春萍;王静泉;李友毅;;基于ADAMS的并联机构运动学仿真[J];长春理工大学学报(自然科学版);2010年02期

3 黄真;刘婧芳;李艳文;;150年机构自由度的通用公式问题[J];燕山大学学报;2011年01期

4 李保丰;孙汉旭;贾庆轩;陈钢;;基于蒙特卡洛法的空间机器人工作空间计算[J];航天器工程;2011年04期

5 张学军;姜哲珠;;基于Pro/E与ADAMS的搬运机器人动态仿真研究[J];机床与液压;2011年17期

6 张静;许东来;;ADAMS在并联机构运动学分析中的应用[J];机电工程;2010年09期

7 黄真;刘婧芳;曾达幸;;基于约束螺旋理论的机构自由度分析的普遍方法[J];中国科学(E辑:技术科学);2009年01期

8 王锦煜;马雪梅;陈安军;;3-PPRR并联分拣机器人机构的运动学建模与仿真[J];江南大学学报(自然科学版);2011年03期

9 张国庆;杜建军;;基于螺旋理论的空间机构自由度分析方法[J];机械设计与制造;2009年01期

10 尹小琴;龚智强;马履中;许永根;匡俐辉;;两种新型并联机构的自由度及运动特性分析[J];机械设计与制造;2010年09期

  本文关键词：3-PPRS空间并联机构运动性能研究与仿真，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：303325