一类运动冗余混联机构的动力学及刚度研究

发布时间：2022-07-15 17:43

　　相比于并联机构或串联机构,串并混联机构具有两者的共同优点,且应用前景广泛。但串并混联机构理论的不成熟对其实际应用有很大的限制,因此,开展对串并混联机构的研究,可以加速其在工业生产中的应用。串并混联机构中,将机构的独立驱动数目与机构整体自由度相等的自由度大于6的机构,称之为运动冗余混联机构。本课题主要对多个含直线分支（分支是由移动副驱动且两端通过运动副与上下平台相连）的并联机构串联连接的运动冗余混联机构进行研究,针对冗余混联机构运动学建模、动力学建模和考虑惯性因素的刚度和弹性变形建模困难的问题进行了深入的理论研究,旨在建立此类含直线分支的冗余混联机构的统一的运动学、动力学和刚度及弹性变形的理论模型。主要研究内容如下:为一类含直线分支的运动冗余混联机构建立完全的运动学正解的统一理论模型。对此类冗余混联机构的结构组成进行介绍,定义各特定变量以及符号的命名规则,用以描述机构的连接分布特性;针对单个并联机构,建立其运动学统一模型;为避免以往求解冗余混联机构运动学的迭代问题,通过对中间量速度进行求解,推导出完全用输入速度和输入加速度求解末端广义输出速度和输出加速度的统一的完全运动学正解理论模型;提... 

【文章页数】：157 页

【学位级别】：博士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 串并混联机构研究现状
        1.2.1 混联机构研究现状
        1.2.2 冗余并联机构研究现状
    1.3 机构的理论研究现状
        1.3.1 运动学研究现状
        1.3.2 动力学研究现状
        1.3.3 刚度研究现状
    1.4 串并混联机构的应用研究
    1.5 主要研究内容
第2章 含直线分支冗余混联机构运动学分析
    2.1 引言
    2.2 一般运动冗余混联机构概述
    2.3 单个并联机构的运动学分析
        2.3.1 位置正解
        2.3.2 位置反解
        2.3.3 速度和加速度的求解
    2.4 运动冗余混联机构的运动学分析
        2.4.1 运动冗余混联机构的速度分析
        2.4.2 运动冗余混联机构的加速度分析
        2.4.3 基于输入速度和加速度的运动冗余混联机构加速度正解
    2.5 2(3SPR)+3RPS运动冗余混联机构的运动学分析
        2.5.1 机构结构概述
        2.5.2 机构的位置反解
        2.5.3 机构的速度分析
        2.5.4 机构的加速度分析
        2.5.5 机构的运动学仿真
    2.6 (4SPS+SPR)+4SPS/SP+3SPR运动冗余混联机构的运动学分析
        2.6.1 机构的结构概述
        2.6.2 机构的位置反解
        2.6.3 机构的速度分析
        2.6.4 机构的加速度分析
        2.6.5 机构的运动学仿真
    2.7 本章小结
第3章 含直线分支的冗余混联机构动力学分析
    3.1 引言
    3.2 运动冗余混联机构的静力学分析
    3.3 分支的运动学分析
        3.3.1 分支的广义速度模型
        3.3.2 分支的广义加速度模型
    3.4 运动冗余混联机构的动力学分析
        3.4.1 构件的质量特性
        3.4.2 构件的受力
        3.4.3 动力学模型的建立
    3.5 2(3SPR)+3RPS运动冗余混联机构的静力学分析
    3.6 2(3SPR)+3RPS运动冗余混联机构的动力学分析
        3.6.1 分支角速度和角加速度的求解
        3.6.2 分支广义速度和广义加速度的求解
        3.6.3 构件的质量特性和受力
        3.6.4 机构的动力学分析
        3.6.5 机构的静/动力学仿真
    3.7 本章小结
第4章 并联及串并混联机构刚度和弹性变形分析
    4.1 引言
    4.2 并联机构刚度和弹性变形分析
        4.2.1 一般并联机构的动力学分析
        4.2.2 直线分支的弹性变形分析
        4.2.3 并联机构的总变形及刚度分析
    4.3 一般并联机构的静刚度分析
    4.4 3SPR并联机构的刚度和弹性变形分析
        4.4.1 分支的弹性变形
        4.4.2 3SPR并联机构的刚度模型
        4.4.3 数值算例分析
    4.5 串并混联机构的弹性变形分析
        4.5.1 串并混联机构的动力学分析
        4.5.2 串并混联机构的总变形
    4.6 3SPR+3RPS混联机构弹性变形分析
        4.6.1 3SPR+3RPS串并混联机构概述
        4.6.2 机构分支的变形求解
        4.6.3 数值算例分析
        4.6.4 有限元分析
    4.7 本章小结
第5章 运动冗余混联机构应用研究
    5.1 引言
    5.2 3SPR+3RPS三指串并混联机构分析
        5.2.1 3SPR+3RPS三指串并混联机构概述
        5.2.2 机构的位置和工作空间分析
        5.2.3 机构的运动学分析
        5.2.4 机构的力学分析
    5.3 串并混联的仿人机械臂机构分析
        5.3.1 肩关节和腕关节3PSS/S机构分析
        5.3.2 肘关节R+(RPR+R)机构分析
        5.3.3 串并混联的仿人机械臂机构分析
        5.3.4 机构的运动学仿真
    5.4 本章小结
第6章 机械手指与并联机构协调操作实验研究
    6.1 引言
    6.2 实验样机
    6.3 机构的控制系统
    6.4 含三手指3SPR混联机构的运动实验
        6.4.1 实验过程
        6.4.2 实验结果分析
    6.5 本章小结
结论
附录
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]冗余驱动4-PRP+3-UPS＆PU混联机床动力学模型[J]. 刘娜,梅瑛,王书森,胡微微.  机械传动. 2017(08)
[2]带有补偿环节的串并联混合型飞行模拟器指令分配方法[J]. 王晓晨,陈维山.  电机与控制学报. 2017(07)
[3]新型3T2R冗余驱动混联机构动力学分析[J]. 王书森,梅瑛.  机械设计与制造. 2016(05)
[4]基于Kane方程的冗余驱动5UPS/PRPU并联机床动力学分析[J]. 鹿玲,姚建涛,顾伟栋,梁龙晓,许允斗,赵永生.  农业机械学报. 2016(06)
[5]一种六足铲斗机器人腿部机构工作空间设计[J]. 金振林,邢燕兵.  燕山大学学报. 2016(01)
[6]含冗余驱动支链4-UPS＆UP并联机构的运动学性能分析[J]. 董成林,刘海涛,黄田.  机械工程学报. 2016(05)
[7]新型五自由度混联机器人及其动力学分析[J]. 李瑞峰,郭万金,曹雏清.  华中科技大学学报(自然科学版). 2015(S1)
[8]5-UPS/PRPU冗余驱动并联机床完整刚度模型及其刚度特性[J]. 周鑫,许允斗,姚建涛,郑魁敬,赵永生.  光学精密工程. 2015(04)
[9]一种6自由度混联机器人静刚度分析[J]. 窦永磊,汪满新,王攀峰,黄田.  机械工程学报. 2015(07)
[10]一种过约束并联机构受力分析的方法[J]. 赵永生,许允斗,姚建涛,金林茹.  中国机械工程. 2014(06)

博士论文
[1]基于约束力/矩的少自由度并联机构和串并联机构理论研究[D]. 胡波.燕山大学 2010



本文编号：3662538