被动铰为球铰的二自由度平移并联机构的分析与设计

发布时间：2017-04-27 06:07

  本文关键词：被动铰为球铰的二自由度平移并联机构的分析与设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：少自由度并联机构是并联机构中一个重要分支,因其具有负载能力强、结构简单、控制和制造成本相对低廉等优点而越来越受到重视,其中二自由度平移并联机构是一种典型的少自由度并联机构。本文提出了一种被动铰为球铰的新型二自由度平移并联机构,着重分析了该机构的自由度、运动学、空间静刚度,并提出了该机构的实际应用。在自由度方面,本文通过封闭法求出机构运动学正解的解析解,从而论证机构能够实现二自由度平移运动,并通过算例和运动学仿真软件对结果的正确性进行验证。根据所分析的机构的结构特点,总结了能实现二自由度平移运动的三条几何约束条件。基于这些条件,提出十多种满足条件的拓展结构,此外,对不满足上述几个约束条件的三种拓展结构的运动也进行了分析。在运动学方面,建立了机构的正解和反解的运动学模型,用雅克比矩阵法求解机构的位置正解,并对其进行求导,从而获得了机构的速度和加速度模型。针对机构雅克比矩阵奇异时,机构有时仍能实现二自由度平移运动的情况进行了分析讨论。对机构等效平面结构的奇异位形进行了分类与分析。在空间静刚度方面,用基于小变形叠加原理和虚拟机构法的空间静刚度分析方法,建立了二自由度平移并联机构的空间静刚度模型,对机构的主刚度和主方向进行了分析。利用有限元软件分析了对机构与其等效的平面机构的空间静刚度,并进行对比,证明了该空间结构的机构侧向刚度更高。最后,根据所研究的二自由度平移并联机构的特性,提出了两种实际应用范例。
【关键词】：并联机构 自由度 奇异结构 空间静刚度
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-17
• 1.1 并联机器人机构概述7-8
• 1.2 二自由度平移并联机器人结构的研究现状8-12
• 1.3 并联机器人相关理论的研究状况12-15
• 1.3.1 运动学分析13-14
• 1.3.2 奇异性分析14
• 1.3.3 静刚度分析14-15
• 1.4 课题的研究意义和目的15-16
• 1.5 论文的主要研究内容16-17
• 2 二自由度平移并联机器人的构造原理17-35
• 2.1 引言17
• 2.2 二自由度平移并联机构的结构描述17-19
• 2.3 二自由度平移并联机器人的自由度分析19-26
• 2.3.1 传统自由度分析方法19
• 2.3.2 解析法19-25
• 2.3.3 自由度仿真分析25-26
• 2.4 机构的拓展结构分析26-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 二自由度平移并联机构的运动学分析35-65
• 3.1 引言35
• 3.2 二自由度平移并联机构的位置正反解35-43
• 3.2.1 机构逆解35-36
• 3.2.2 机构正解36-43
• 3.3 其他构型43-52
• 3.3.1 满足三个几何条件的构型43-51
• 3.3.2 不满足三个几何条件的构型51-52
• 3.4 雅可比矩阵分析52-61
• 3.4.1 几何法52-56
• 3.4.2 解析法56-61
• 3.5 二自由度平移并联机构的速度和加速度分析61-62
• 3.6 奇异性分析62-63
• 3.7 本章小结63-65
• 4 二自由度并联机构空间静刚度分析65-79
• 4.1 引言65
• 4.2 二自由度平移并联机构的静力学分析65-69
• 4.2.1 支链受力分析66-69
• 4.2.2 滚珠丝杠副受力分析69
• 4.3 二自由度平移并联机器人的整体变形69-72
• 4.3.1 连杆变形分析69-70
• 4.3.2 连杆变形对运动平台的影响70-71
• 4.3.3 滚珠丝杠副变形对运动平台的影响71-72
• 4.3.4 机构的整体变形72
• 4.4 二自由度平移并联机构的空间静刚度矩阵72-78
• 4.4.1 静刚度矩阵的建立72-73
• 4.4.2 静刚度算例分析73-75
• 4.4.3 静刚度有限元仿真75-78
• 4.5 本章小结78-79
• 5 二自由度平移并联机构的应用79-84
• 5.1 引言79
• 5.2 龙门机床79-81
• 5.3 锻造操作机81-83
• 5.4 本章小结83-84
• 6 结论与展望84-85
• 致谢85-86
• 参考文献86-91
• 附录91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：330037