三自由度转动型角台机构的综合与分析

发布时间：2017-06-13 23:03

  本文关键词：三自由度转动型角台机构的综合与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三自由度并联机构具有刚度大、承载能力强、精度高、结构简单、制造和维护成本低等优点,特别是分支相同,结构对称的三自由度并联机构更加引起广大学者的关注。三自由度并联机构已成为目前机构学领域的研究热点之一,其在工业领域拥有广阔的应用前景。本文基于约束螺旋理论对三自由度转动角台机构的分支运动链进行了型综合,根据角台机构的结构特点和全周性要求综合了分支运动副尽可能少的三自由度转动角台机构。介绍了3-RRS角台机构的结构特征,采用D-H法建立连杆坐标系,求出机构的坐标连杆变换矩阵,建立了机构的正反解方程。利用最小二乘法求解了位置反解,利用解析法和牛顿迭代法分别求解了位置正解,通过仿真得出了机构的工作空间。在位置正反解的基础上,通过求导法和螺旋理论的方法求得了机构速度和加速度的雅可比矩阵,得到了速度和加速度输入与输出之间的关系。利用虚功原理求得了机构的力雅可比矩阵,根据牛顿-欧拉方法建立了机构的动力学方程模型并通过Adams软件对三维模型进行了运动学和动力学仿真。通过仿真结果与理论计算结果的对比,验证了运动学和动力学理论分析的正确性。基于二次曲线和二次曲面分解理论对3-RRS角台机构的瞬时运动进行了分析,识别了在初始位形和一般位形下的主螺旋,研究了各自位形下输出运动螺旋节距与输入速度的关系及具有相同节距的运动螺旋轴线在各种位形下的空间分布。结果表明:该机构在初始位置时属于Hunt提出的第一种特殊螺旋三系,在一般位置时属于一般螺旋三系,在任意位形下对应相同节距的所有螺旋轴线都分布在同一个单叶双曲面上。
【关键词】：约束螺旋 角台机构 雅可比矩阵 运动仿真 瞬时运动
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 概述10
• 1.2 并联机构的发展现状10-15
• 1.3 三自由度并联机构的研究现状15-17
• 1.4 论文研究的意义及内容17-19
• 1.4.1 论文研究的意义17-18
• 1.4.2 论文研究的主要内容18-19
• 第2章 三自由度转动型角台机构的综合19-28
• 2.1 概述19-20
• 2.2 螺旋理论的基本概念20-22
• 2.2.1 螺旋的基本概念20-21
• 2.2.2 螺旋系的相关性和相逆性21-22
• 2.3 三自由度转动并联角台机构支链构型设计22-25
• 2.3.1 约束螺旋综合法的步骤22
• 2.3.2 三支链的构型设计22-25
• 2.4 三自由度并联角台机构的型综合25-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 3-RRS角台机构运动学分析28-43
• 3.1 概述28
• 3.2 3-RRS角台机构的自由度分析28-29
• 3.3 位姿反解29-32
• 3.4 位置正解32-37
• 3.4.1 解析求解法32-35
• 3.4.2 牛顿迭代法35-37
• 3.5 数值算例37-40
• 3.5.1 反解算例37-38
• 3.5.2 正解算例38-40
• 3.6 3-RRS角台机构的工作空间分析40-42
• 3.7 本章小结42-43
• 第4章 3-RRS角台机构的运动特性分析43-61
• 4.1 概述43
• 4.2 基于求导法的 3-RRS角台机构雅可比矩阵研究43-49
• 4.2.1 基本理论43
• 4.2.2 3-RRS角台机构的速度求解43-47
• 4.2.3 动角台的加速度求解47-49
• 4.3 基于螺旋理论的雅可比矩阵研究49-58
• 4.3.1 角台机构运动螺旋系的建立49-51
• 4.3.2 动角台的速度分析51-56
• 4.3.3 动角台的加速度分析56-58
• 4.4 数值算例58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 3-RRS角台机构动力学建模与仿真61-72
• 5.1 概述61
• 5.2 3-RRS角台机构力雅可比矩阵分析61-62
• 5.3 动力学方程的建立62-64
• 5.4 数值算例64-65
• 5.5 机构动力学建模与仿真65-71
• 5.5.1 机构模型的建立66-67
• 5.5.2 机构的运动学仿真67-69
• 5.5.3 3-RRS角台机构动力学分析69-71
• 5.6 本章小结71-72
• 第6章 3-RRS角台机构瞬时螺旋运动研究72-83
• 6.1 概述72
• 6.2 三阶螺旋系的节距和轴线研究72-76
• 6.2.1 螺旋轴线的二次曲线表示72-74
• 6.2.2 螺旋轴线的空间分布研究74-76
• 6.3 3-RRS角台机构的瞬时螺旋运动76-82
• 6.3.1 初始位置76-79
• 6.3.2 一般位置79-82
• 6.4 本章小结82-83
• 结论83-85
• 参考文献85-90
• 致谢90

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