一种新型3-PUU并联机构运动学与动力学性能分析

发布时间：2017-08-25 08:17

  本文关键词：一种新型3-PUU并联机构运动学与动力学性能分析

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【摘要】：2R1T自由度(即两个转动自由度和一个平移自由度)的并联工具头模块在机械工具领域已经变得十分重要,同时也引起了学术界和制造业的广泛关注。本文中2R1T自由度的3-PUU并联机构是首次提出,通过对其进行运动学分析、刚体动力学分析、工作空间分析等,说明了该机构拥有良好的灵活性和定向能力,验证了这种机械作为一种工具头模块的可行性。在此基础上,对该机构进行了柔体动力学分析,研究柔性杆件运动过程中振动对末端执行器精度的影响,并对其进行了针对性的尺寸优化分析。以下是研究的主要内容:1.利用螺旋理论对3-PUU机构进行了自由度分析,从自由度信息中可得知该机构存在伴生运动,也从自由度方面验证了该3-PUU机构符合作为机械主轴头的条件。根据机构特殊的几何约束情况,推导出其伴生运动方程,进而求解机构逆运动学问题,雅克比矩阵,正运动学问题。2.基于对机构的灵巧度分析和奇异性分析,建立其工作空间求解的约束条件。不同于3-PRS机构,通过可达工作空间的分析,观察3-PUU工作空间体积远大于3-PRS;通过灵巧工作空间的分析,由于没有S副的锥角约束,3-PUU在定向功能方面更好。因此从工作空间方面验证了该3-PUU机构符合作为机械主轴头的条件。3.考虑将机构全部视为刚性构件,对其进行刚体动力学建模;仅考虑将机构中的支链杆当作柔性构件,对其进行柔体动力学建模。这为后续的动力学仿真做好理论基础。4.在刚体动力学仿真分析中,让结构参数相同的该3-PUU机构和3-PRS机构走同样的轨迹,在消耗能源方面,二者基本相同。因此从动力学方面验证了3-PUU机构符合作为机械主轴头的条件。5.在柔体动力学仿真分析中,可以看出动平台受到支链弹性变形振动的影响在Z轴方向最大。以柔性支链的固有频率为优化目标,引入了厚宽比系数,并寻找最优的构件横截面参数再次进行仿真分析。通过对比发现,优化后的误差明显小于优化前,证明了对该机构以固有频率为优化目标,进行构件尺寸优化设计方法的可行性。
【关键词】：并联机构 2R1T自由度 3-PUU机构 运动学分析 动力学分析
【学位授予单位】：电子科技大学
【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
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 本课题研究的背景及意义10-12
• 1.2 国内外研究现状介绍12-16
• 1.2.1 三自由度并联机构12-13
• 1.2.2 运动学分析13
• 1.2.3 工作空间分析13-14
• 1.2.4 动力学分析14-16
• 1.3 本文的主要研究内容16-21
• 1.3.1 新型 3-PUU空间并联机构16-19
• 1.3.2 本文章节安排19-21
• 第二章 3-PUU空间并联机构运动学建模21-38
• 2.1 自由度分析理论21-28
• 2.1.1 Kutzbach-Grubler公式分析自由度21
• 2.1.2 螺旋理论分析自由度21-28
• 2.1.2.1 瞬时状态自由度分析22-25
• 2.1.2.2 一般自由度分析25-28
• 2.2 运动学位置逆解和位置正解28-37
• 2.2.1 几何约束和伴生运动28-34
• 2.2.2 逆运动学问题34-35
• 2.2.3 正运动学问题35-37
• 2.3 本章小结37-38
• 第三章 3-PUU空间并联机构运动学性能分析38-50
• 3.1 灵巧度分析38-42
• 3.1.1 T-T角方法38-40
• 3.1.2 T-T角表示下的灵巧度分析40-42
• 3.2 奇异性分析42-45
• 3.2.1 螺旋理论分析约束奇点42-43
• 3.2.2 雅克比矩阵分析运动学奇点43-45
• 3.3 工作空间45-49
• 3.3.1 实际约束45-46
• 3.3.2 可达工作空间46
• 3.3.3 灵巧工作空间46-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第四章 3-PUU空间并联机构动力学建模50-68
• 4.1 刚体动力学建模50-52
• 4.1.1 T-T角表示下的动力学参数50-51
• 4.1.2 系统刚体动力学方程51-52
• 4.2 柔体动力学建模52-67
• 4.2.1 单元动力学方程53-58
• 4.2.2 柔性支链动力学方程58-60
• 4.2.3 约束条件60-65
• 4.2.3.1 运动学约束条件60-63
• 4.2.3.2 动力学约束条件63-65
• 4.2.4 系统柔体动力学方程65-67
• 4.3 本章小结67-68
• 第五章 3-PUU空间并联机构动力学仿真及优化68-79
• 5.1 刚体动力学仿真68-70
• 5.2 柔体动力学仿真70-74
• 5.3 基于柔体动力学层面的尺寸优化74-78
• 5.3.1 固有频率分析74-76
• 5.3.2 柔性支链杆尺寸优化76-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章 结论和展望79-81
• 6.1 全文总结79-80
• 6.2 前景展望80-81
• 致谢81-82
• 参考文献82-86
• 攻硕期间取得的研究成果86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：736011