新型四自由度并联机构的性能分析与设计方法研究

发布时间：2017-08-13 11:33

  本文关键词：新型四自由度并联机构的性能分析与设计方法研究

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【摘要】：由于并联机构具有承载能力强、结构刚度大和运动精度高的特点，加之近些年少自由度并联机构研究的进一步深入，本文提出了一种新型四自由度并联机构2RRS-2RUS机构。系统的分析了机构的正逆解、工作空间、运动性能与尺度综合、传动性能与奇异位形、逆动力学等问题，以上分析研究为该机构的进一步设计研究提供了理论指导。论文主要内容如下： 1)借助闭环矢量法构造了2RRS-2RUS并联机构的运动学模型，得到了该机构的位置逆解方程；由于机构的半对称性，在正解建模时采用机构的一半进行分析，利用Slverster结式矩阵，求得了该机构的正解解析解，并给出数值算例和相应的位姿模型图。 2)采用单开链法分析各支链运动的工作空间，由单支链运动所得到的工作空间的交集，求得位置和位姿工作空间，然后借助边界搜索法得到了该机构的可达工作空间，并分析了位姿参数对该工作空间的影响，此外借助完整雅可比矩阵的行列式为零的约束条件，求解出工作空间产生奇异的边界。 3)建立了无量纲齐次雅克比矩阵，然后根据以齐次雅克比矩阵的条件数作为运动性能评价指标，得到条件数在工作空间内的变化规律。然后以全域均值条件数为尺度综合的评价指标，以动平台半径为标准化因子，得到了全域均值随各杆的尺寸的变化规律。 4)根据螺旋理论，建立了运动/力映射模型。借助虚拟系数，得到两类奇异位型发生时的满足条件。利用归一化虚拟系数，提出了三种关于2RRS-2RUS并联机构的传动性能指标，并给出数值算例。 5)基于影响系数法建立了2RRS-2RUS并联机构的一阶和二阶影响系数，得到各关节速度与加速度的表达式。然后利用牛顿欧拉法建立了该机构动平台和各支链的的逆运动学方程。 6)通过实例分析得到各杆件和关节的速度与加速度变化规律，然后定义运动轨迹后，仿真得到该机构的驱动力矩和约束反力。最后进行电机参数的预估，，确定电机选择的正确性。
【关键词】：并联机构 正逆解 性能指标 尺度综合 逆动力学
【学位授予单位】：天津职业技术师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-6
• 目录6-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及意义9-12
• 1.2 国内外并联机构研究现状12-14
• 1.2.1 运动学12
• 1.2.2 工作空间12-13
• 1.2.3 运动性能与尺度综合13
• 1.2.4 逆动力学13-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第二章 机构的运动学分析16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 2RUS-2RRS 并联机构的描述16-17
• 2.3 机构的运动学分析17-22
• 2.3.1 机构的位置逆解分析17-18
• 2.3.2 机构的位置正解分析18-22
• 2.4 数值算例22-25
• 2.5 小结25-26
• 第三章 机构的工作空间分析26-34
• 3.1 引言26
• 3.2 完整雅克比矩阵26-29
• 3.2.1 约束子矩阵27-28
• 3.2.2 运动子矩阵28
• 3.2.3 完整雅克比矩阵的建立28-29
• 3.3 工作空间分析29-31
• 3.3.1 可达工作空间分析29-30
• 3.3.2 无奇异工作空间分析30-31
• 3.4 数值算例31-33
• 3.5 小结33-34
• 第四章 机构的运动性能与尺度综合34-40
• 4.1 引言34
• 4.2 齐次量纲雅克比矩阵34-36
• 4.3 性能分析与尺度综合36-37
• 4.3.1 运动学性能评价指标-灵巧度36
• 4.3.2 全域均值36
• 4.3.3 设计变量36-37
• 4.4 实例分析37-39
• 4.5 小结39-40
• 第五章 机构的传动性能与奇异性分析40-50
• 5.1 引言40
• 5.2 运动/力映射模型40-43
• 5.2.1 约束支链的运动/力映射模型40-42
• 5.2.2 无约束支链的运动/力映射模型42-43
• 5.3 奇异性分析43-44
• 5.3.1 无约束奇异43-44
• 5.3.2 约束奇异44
• 5.4 性能传递指标44-46
• 5.4.1 归一化虚拟系数44-45
• 5.4.2 性能传动指标45-46
• 5.5 数值算例分析46-49
• 5.6 小结49-50
• 第六章 机构的逆动力学建模50-60
• 6.1 引言50
• 6.2 2RUS-2RPS 并联机构影响系数50-55
• 6.2.1 机构的影响系数50-51
• 6.2.2 RRS 和 RUS 支链的一阶影响系数51-54
• 6.2.3 RRS 和 RUS 支链的二阶影响系数54-55
• 6.3 各组件的速度、加速度分析55-56
• 6.4 逆动力学分析56-59
• 6.4.1 各构件的重力和惯性力分析56-57
• 6.4.2 动平台逆动力学分析57-58
• 6.4.3 各支链的逆动力学分析58-59
• 6.5 小结59-60
• 第七章 逆动力学分析及伺服电机参数预估60-67
• 7.1 引言60
• 7.2 逆动力学实例分析60-62
• 7.3 约束力和驱动力矩实例分析62-64
• 7.4 伺服电机参数预估模型64-65
• 7.4.1 伺服电机峰值力矩预估64
• 7.4.2 伺服电机转子惯量校核模型64-65
• 7.5 伺服电机参数预估算例65-66
• 7.6 小结66-67
• 第八章 总结与展望67-69
• 8.1 总结67-68
• 8.2 工作展望68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文74
• 参加的科研项目74
• 发表的学术论文及发明专利74

【参考文献】

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本文编号：667087