3-PUPU 并联机构运动学性能研究

发布时间：2017-04-29 19:10

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【摘要】：3-PUPU并联机构是Stewart平台的一种衍生机构,它具有并联机构的精度高、误差不累计、刚度更大等优点,同时,该构型具备可提供纯转动、运动学简单、可直观预测动平台运动等特性,被广泛应用到正骨医疗器械和低频率,低震动的高精度探测机器人等方面。目前,3-PUPU并联机构的研究还比较少,本文将对此构型的运动性能进行研究。构型综合中,由于自由度较多的空间机构构型综合极度复杂,因而本文主要对3-PUPU两级运动单元UPU、PUU对应的平面并联机构单链RPR、PRR进行研究,选取由P和R组成的所有三副链中的RRR链验证了构型综合正确性,并且,通过仿真结果验证了3-PUPU并联机构的构型优越性。本文重点在于3-PUPU型并联机构的工作空间研究和运动学仿真分析。由于3-PUPU并联机构运动学正解求解困难,但反解简单,本文采用运动学反解求解。采用型模拟合法和型模解析法对虎克铰的工作空间进行了研究,提供了运动过程中的虎克铰转动角度限制条件;通过运动中连杆干涉的研究,为连杆尺寸的设计提供了约束条件;用几何方法,求解出运动学逆解后,结合Matlab软件求解出3-PUPU并联机构的工作空间,分析发现本构型工作空间外形规则,覆盖面积大;通过运动学仿真发现执行末端在工作空间内的灵活性很高。通过ADAMS,用正运动学仿真,得出执行末端运动性能分析图;用反运动学仿真得出驱动部件的运动性能分析图。通过对图形的分析,发现执行末端和驱动部件的运动性能优越,速度、加速度、角速度、角加速度变化平缓,未发生突变,而且数值范围合理,说明此构型的运动学性能较高。通过本文的研究,对3-PUPU并联机构的运动学正逆解、构型综合、工作空间以及运动学仿真进行研究,发现本构型的优越性能,为进一步研究打下基础。
【关键词】：3-PUPU 构型综合 运动学分析 工作空间 仿真分析
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 研究背景及意义10-12
• 1.2 并联机构的起源于发展12-13
• 1.3 国内外研究现状13-16
• 1.3.1 并联机构构型综合的研究与分析14-15
• 1.3.2 并联机构运动学分析现状15
• 1.3.3 国内外并联机构应用现状15-16
• 1.4 六自由度 3-PUPU型并联机构的研究16-20
• 1.4.1 选题灵感16-17
• 1.4.2 选题目的17-18
• 1.4.3 研究内容及主要创新18-20
• 1.5 本章小结20-21
• 2 3-PUPU并联机构的构型综合21-34
• 2.1 并联机构的分类21-22
• 2.2 并联机构的构型综合22-25
• 2.3 运动链的型综合25-31
• 2.3.1 三约束运动链的构型综合25-26
• 2.3.2 双约束运动链的构型综合26-28
• 2.3.3 单约束运动链构型综合28-30
• 2.3.4 零约束运动链构型综合30-31
• 2.4 型综合的验证31-33
• 2.5 本章小结33-34
• 3 3-PUPU并联机构的运动学分析34-53
• 3.1 该机构运动学分析数学方法34-35
• 3.2 对 3-PUPU机构的描述和自由度分析35-40
• 3.2.1 对 3-PUPU机构的描述35-39
• 3.2.2 构型自由度分析39-40
• 3.3 3-PUPU并联机构的运动学分析40-49
• 3.3.1 刚体位置描述40-41
• 3.3.2 运动学基本方程41-49
• 3.4 3-PUPU机构速度、加速度分析49-51
• 3.4.1 雅可比矩阵49-50
• 3.4.2 速度、加速度分析50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 3-PUPU并联机构的工作空间计算53-72
• 4.1 引言53-55
• 4.2 影响 3-PUPU并联机构工作空间的因素55-59
• 4.2.1 连杆杆长的限制55-56
• 4.2.2 运动副转角的限制56-58
• 4.2.3 并联机构连杆的干涉58-59
• 4.3 工作空间的计算方法59-60
• 4.4 计算 3-PUPU并联机构的工作空间60-71
• 4.4.1 胡克铰工作空间研究与应用60-67
• 4.4.2 3-PUPU型并联机构的工作空间整体求解67-71
• 4.5 本章小结71-72
• 5 3-PUPU并联机构的参数研究与仿真72-81
• 5.1 引言72-73
• 5.2 3-PUPU型并联机构的虚拟样机73-74
• 5.2.1 建模73
• 5.2.2 创建虚拟样机几何约束73-74
• 5.3 构型的运动学仿真分析74-80
• 5.4 本章小结80-81
• 6 总结与展望81-83
• 6.1 工作总结81-82
• 6.2 工作展望82-83
• 参考文献83-88
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果88-89
• 发表文章88
• 其它成果88-89
• 致谢89-90

【参考文献】

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