面向隔振致稳的球面两自由度并联机构研究

发布时间：2017-06-14 13:15

  本文关键词：面向隔振致稳的球面两自由度并联机构研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：主动隔振技术作为振动控制的一个重要研究分支,越来越受到人们的重视,并在许多方面得到了成功的应用。作为多自由度主动隔振的机械本体,稳定平台在构型方面主要有两种,即框架结构和多点支撑式并联结构。而相对于传统的框架结构,并联机构具有承载能力强、刚度大、精度高、易实现高速运动、反解容易等优点。本文针对两转动自由度机载隔振致稳的需求,基于球面并联机构理论,提出了一种两转动自由度球面并联隔振装置。该设计方案继承了并联机构和球面机构的技术优点,丰富了两自由度稳定平台的机构形式。本文的主要研究内容包括以下四个方面:首先,本文系统分析了国内外稳定平台的发展状况,对稳定平台构型进行了分析和评价,通过对并联机构和球面并联机构研究学习,提出了将球面并联机构应用于隔振平台的构想。其次,通过对常见的角台式球面三自由度并联机构(3-RRR)和并联机器人机构学理论进行分析研究,设计出了一种两转动自由度球面并联机构(2-RRR/U),用以满足两转动自由度的隔振需求。之后,应用修正后的Kutzbach-Grubler自由度公式和螺旋理论对机构进行了自由度分析和验证。再次,根据设计要求和机构设计理论,对机构进行了一系列的分析。分析内容包括:(1)进行了机构运动学分析:应用杆件参数的D-H表示法,通过坐标系间的旋转变换给出了机构逆解的解析表达式;结合机构速度雅克比矩阵和机构逆解,基于最速下降法,给出了机构位置正解的数值求解方法;还对机构速度、加速度进行了分析。(2)进行了机构运动性能分析:采用Jacobian代数理论对机构进行了奇异性分析;之后,采用给定一个姿态或姿态范围分析位置工作空间的方法,对机构进行了工作空间分析,并借助MATLAB编程给出了灵活工作空间三维展示;此外,还通过对稳定平台的性能分析,确定了一组机构的样机设计参数。最后,进行了稳定平台原理样机的设计:在Solidworks和ANSYS软件平台下,对稳定平台的零件及配合进行了详细的设计和分析,给出了稳定平台设计过程中的关键技术和解决方案。最终建立了稳定平台虚拟样机实验模型,并进行了仿真验证,为原理样机的建造奠定了基础。
【关键词】：球面并联机构 稳定平台 机构设计 性能分析 结构设计
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP242;TH112
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-25
• 1.1 研究背景及意义15-16
• 1.2 并联机器人的国内外发展状况16-23
• 1.2.1 并联机器人发展及应用概述16-20
• 1.2.2 球面并联机器人发展及应用概述20-23
• 1.3 本文研究内容和组织结构23-25
• 第二章 稳定平台构型分析25-33
• 2.1 引言25
• 2.2 稳定平台机构设计思路25-26
• 2.2.1 稳定平台设计要求25-26
• 2.2.2 球面三自由度并联机构简介26
• 2.3 稳定平台构型设计与分析26-31
• 2.3.1 构型设计26-27
• 2.3.2 坐标系的建立27-28
• 2.3.3 2-RRR/U球面两自由度并联机构自由度计算28-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 稳定平台运动学分析33-47
• 3.1 引言33
• 3.2 稳定平台位置分析33-44
• 3.2.1 位置反解33-40
• 3.2.2 位置正解40-44
• 3.3 速度和加速度分析44-45
• 3.3.1 速度分析44
• 3.3.2 加速度分析44-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第四章 稳定平台运动性能分析47-55
• 4.1 引言47
• 4.2 稳定平台奇异性分析47-50
• 4.2.1 并联机构奇异性分析简介47-48
• 4.2.2 稳定平台工作空间奇异性分析48-50
• 4.3 稳定平台工作空间分析50-54
• 4.3.1 工作空间的确定方法50-53
• 4.3.2 稳定平台工作空间求解算例53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 稳定平台结构设计及分析55-77
• 5.1 引言55
• 5.2 稳定平台机构设计软件介绍55-59
• 5.2.1 三维建模软件55-56
• 5.2.2 模型仿真软件56-59
• 5.3 稳定平台结构设计59-76
• 5.3.1 上平台60
• 5.3.2 虎克铰60-63
• 5.3.3 转动副63-68
• 5.3.4 传动轴系设计68-70
• 5.3.5 驱动电机选取70-73
• 5.3.6 其他零件设计73-76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 作者简介85-86

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