3-PRP平面并联机构的运动与刚度性能研究

发布时间：2017-06-14 04:02

  本文关键词：3-PRP平面并联机构的运动与刚度性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：少自由度并联机构不但运动灵活、结构紧凑、精度高、刚度大、承载能力强，还具有制造成本低、易于控制的优点。近几年国内外对少自由度并联机构的研究非常关注。平面三自由度并联机构是少自由度并联机构的一类重要的组成，，在各个领域均有比较广泛的应用。 本文对3-PRP平面三自由度并联机构进行了系统的研究，主要对该机构的位姿正、逆解、奇异位形、可达工作空间以及刚度特性进行了分析，并且利用ADAMS软件进行了运动学的仿真。 首先，对3-PRP平面三自由度并联机构的运动学进行了分析，采用坐标转换方法建立其运动约束方程，分析该机构的正、逆运动学，得到机构的位姿正、逆解；然后在运动学分析的基础上得到了机构动平台输出末端相应的速度、加速度和雅克比矩阵的表达式。 其次，将3-PRP平面并联机构的奇异性分为三种不同情况进行研究，得出3-PRP平面三自由度并联机构在工作空间内是免奇异的；对该机构采用极限边界搜索法并且利用MATLAB软件对工作空间进行仿真，求解出3-PRP平面三自由度并联机构的可达工作空间。通过改变该机构的输入量和输出量的变化范围，得出输入量和输出量的变化对3-PRP平面三自由度并联机构可达工作空间的形状和大小的影响十分显著；最后，对3-PRP平面并联机构的灵巧度进行分析，得出了该机构的雅克比矩阵的条件数。 然后，利用新的守恒协调转换刚度矩阵推导出了3-PRP平面并联机构的刚度分别在X轴、Y轴、姿态角方向上的刚度分量，并且运用MATLAB软件，得出了给定姿态角情况下的该机构在可达工作空间内的刚度映射分布图，通过已得的刚度映射分布图进一步分析了3-PRP平面并联机构的刚度特性。 最后，机构进行运动学仿真。利用三维建模软件UG8.0建立机构的模型，进行装配后导入仿真软件ADAMS中添加约束，建立3-PRP平面并联机构的虚拟样机。对该机构分别进行单轴、两轴和三轴驱动时的运动学仿真。通过改变驱动函数的设置得出驱动函数对机构的运动参数的影响。
【关键词】：3-PRP平面并联机构 运动学 工作空间 刚度特性 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】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 研究背景及其意义11-12
• 1.2 并联机构的优点与应用12-13
• 1.2.1 并联机构的优点12
• 1.2.2 平面三自由度并联机构的应用12-13
• 1.3 国内外研究现状及分析13-18
• 1.3.1 平面三自由度并联机构的研究现状13-14
• 1.3.2 构型分析研究现状14
• 1.3.3 运动学研究现状14-15
• 1.3.4 工作空间研究现状15-16
• 1.3.5 奇异性研究现状16
• 1.3.6 刚度特性研究现状16-17
• 1.3.7 其他方面的分析17-18
• 1.4 本课题研究的主要内容18
• 1.5 本章小结18-19
• 2 3-PRP平面并联机构的构型及运动学分析19-30
• 2.1 平面三自由度并联机构的基本机构类型19-20
• 2.2 平面并联机构的运动学分析20-21
• 2.3 3-PRP平面并联机构的构型及坐标建立21-22
• 2.4 3-PRP平面并联机构的位姿分析22-25
• 2.4.1 3-PRP平面并联机构的位姿正解分析22-25
• 2.4.2 3-PRP平面并联机构的位姿逆解分析25
• 2.5 3-PRP平面并联机构的速度与加速度分析25-26
• 2.6 3-PRP平面并联机构的雅克比矩阵26-29
• 2.7 本章小结29-30
• 3 3-PRP平面并联机构的运动性能研究30-43
• 3.1 引言30
• 3.2 并联机构奇异位形分析30-33
• 3.2.1 奇异位形的概念30
• 3.2.2 3-PRP平面并联机构的奇异性分析30-33
• 3.3 工作空间分析33-39
• 3.3.1 工作空间的影响因素33-34
• 3.3.2 3-PRP平面并联机构的工作空间34-36
• 3.3.3 输入量的变化对工作空间的影响36-38
• 3.3.4 输出量的变化对工作空间的影响38-39
• 3.4 并联机构的灵巧度分析39-42
• 3.4.1 并联机构灵巧度的性能指标39-41
• 3.4.2 3-PRP平面并联机构灵巧度分析41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4 3-PRP平面并联机构的刚度分析43-54
• 4.1 引言43
• 4.2 基于守恒协调转换的并联机构的刚度矩阵43-45
• 4.2.1 并联机构的刚度矩阵43-44
• 4.2.2 并联机构刚度特性研究的方法与步骤44-45
• 4.3 3-PRP平面并联机构的刚度特性分析45-53
• 4.3.1 3-PRP平面并联机构的刚度矩阵45-47
• 4.3.2 3-PRP平面并联机构的刚度映射47-51
• 4.3.3 3-PRP平面并联机构的刚度特性51-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 3-PRP平面并联机构的运动学仿真54-75
• 5.1 引言54
• 5.2 软件的选择54
• 5.3 3-PRP平面并联机构的虚拟样机54-57
• 5.3.1 3-PRP平面并联机构的仿真步骤54-55
• 5.3.2 3-PRP平面并联机构模型建立55-56
• 5.3.3 3-PRP平面并联机构几何约束模型56-57
• 5.4 3-PRP 平面并联机构运动学仿真57-74
• 5.4.1 驱动数对运动学的影响58-61
• 5.4.2 恒速驱动对运动学的影响61-65
• 5.4.3 正弦驱动对运动学的影响65-74
• 5.5 本章小结74-75
• 6 总结与展望75-77
• 6.1 总结75-76
• 6.2 展望76-77
• 参考文献77-83
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果83-84
• 致谢84-85

【参考文献】

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本文编号：448404