基于运动学奇异的柔顺恒力矩机构构建及仿真与实验验证

发布时间：2021-05-15 21:20

　　柔顺恒力矩机构可以在不使用外部传感器和执行器的情况下实现恒力矩输出的机构,并依靠柔性杆件的变形实现运动、力和能量的传递与转换,具有运动副处无摩擦与冲击、机构运动精度高、利于整体加工以及易于小型化的优点,在微机械系统、精密机械及医疗机械等领域中有着广泛的应用。因此论文对柔顺恒力矩机构主要做了以下研究:基于建立附加弹簧曲柄滑块机构的位置闭环矢量方程,识别其运动学支链奇异点;利用虚功原理,构建驱动力矩随机构位置变化的解析方程,表明机构力矩-位置角曲线可呈现双稳态、局部负刚度、局部零刚度及正刚度等四种非线性刚度特性;分析了弹簧刚度对非线性刚度特性的影响情况,得到四种非线性刚度特性产生的机理。结果表明,机构从非奇异位置点运动,穿过运动学支链奇异点并最终到达另一个非奇异点时,对应不同弹簧刚度可呈现上述四种非线性刚度特性。论文合理配置各附加弹簧刚度大小,可使得机构产生恒力矩特性。基于上述具有非线性刚度特性的附加弹簧机构设计方法,利用刚体替换综合法获得具有相同非线性刚度特性的柔顺机构,分析了柔性杆件各结构参数对该柔顺机构非线性刚度特性的影响情况。基于伪刚体模型获得等效弹簧刚度大小,合理安排柔性杆件结构... 

【文章来源】：安徽理工大学安徽省

【文章页数】：89 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
引言
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 柔顺机构
        1.2.2 柔顺恒力机构
        1.2.3 柔顺恒力矩机构
    1.3 主要研究内容
2 柔顺恒力矩机构设计思路及相关理论
    2.1 机构奇异概述
    2.2 柔顺机构的分析方法
    2.3 伪刚体模型求解方法
    2.4 本章小结
3 附加弹簧曲柄滑块机构的非线性刚度特性分析
    3.1 附加弹簧机构
    3.2 附加弹簧曲柄滑块机构的数学模型
    3.3 非线性刚度特性的基本类型
    3.4 曲柄初始位置非奇异的刚度特性
    3.5 曲柄初始位置奇异的刚度特性
    3.6 几类非线性刚度特性的相互转化
    3.7 本章小结
4 柔顺恒力矩机构的结构设计
    4.1 柔顺梁的刚度模型
    4.2 柔顺恒力矩机构的结构设计
        4.2.1 刚体替换综合法
        4.2.2 结构设计
    4.3 结构参数对其力学性能的影响
    4.4 本章小结
5柔顺恒力矩机构的仿真与实验
    5.1 柔顺恒力矩机构的仿真
    5.2 实验系统搭建
        5.2.1 样机加工
        5.2.2 实验平台搭建
    5.3 性能测试与结果分析
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介及读研期间主要科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]凸轮式恒力机构的设计[J]. 黄春强,赵勇,刘洋,姚进.  机械设计与制造. 2018(02)
[2]可调节恒转矩机构的设计[J]. 高新红,刘洋.  机械设计. 2017(07)
[3]一种串联张紧式恒力矩机构设计及实验研究[J]. 牛福亮,高海波,刘振,丁亮,李楠,邓宗全.  机器人. 2016(04)
[4]一种具有力传感的微夹持器设计与标定[J]. 胡俊峰,蔡建阳,郑昌虎.  电子测量与仪器学报. 2016(03)
[5]曲柄滑块恒力机构的设计[J]. 李德军,刘洋.  机械设计与制造工程. 2015(11)
[6]被动式恒力缓冲装置的设计与性能研究[J]. 张春辉,汪玉,杜俭业,温肇东.  振动与冲击. 2015(13)
[7]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)
[8]星球车地面低重力模拟系统设计[J]. 刘振,高海波,邓宗全.  机器人. 2013(06)
[9]复合载荷作用下柔顺机构的PR伪刚体新模型[J]. 余跃庆,徐齐平,周鹏.  机械工程学报. 2013(15)
[10]Stewart并联机构位置奇异研究[J]. 李保坤,曹毅,张秋菊,黄真.  机械工程学报. 2012(09)

博士论文
[1]平面梁大挠度非线性问题的完备解与柔顺机构精确建模[D]. 张爱梅.西安电子科技大学 2013

硕士论文
[1]大行程柔顺恒力机构的优化设计[D]. 金开放.西安电子科技大学 2018



本文编号：3188353