一种支链含球面副的三自由度并联机构运动性能与仿真研究

发布时间：2017-08-31 20:41

  本文关键词：一种支链含球面副的三自由度并联机构运动性能与仿真研究

  更多相关文章： 3-PSR 并联机构 支链构型 运动学 工作空间 仿真

【摘要】：并联机构具有刚度大、精度高、结构稳定、承载能力强、运动惯性小、易于控制等优点,它广泛应用于并联机床、航空航天、机器人、定位装配、娱乐设施、生物医学、机械加工等领域。本文分析了支链含球面副(S)的三类并联机构的构型。以其中的支链运动副含移动副(P)、球面副(S)和转动副(R)的三自由度3-PSR并联机构为研究对象,对其主要进行了以下内容研究:首先,根据支链运动副的不同布置方式,综合了三种含移动副、球面副和转动副的并联机构构型,分别为3-RPS、3-PRS和3-PSR并联机构,并总结了各自的主要应用场合。对其中的3-PSR并联机构的第一种构型结构进行主要分析,计算其自由度,并用螺旋理论对其末端输出运动形式加以分析,得出该机构末端活动平台输出为两转动一移动(2R1T)的运动形式。其次,分析了3-PSR并联机构的运动学。采用闭环矢量法建立机构的位置逆解约束方程,根据机构本身的结构特性,添加三个结构约束方程辅助求解机构的位置正解,通过数学软件Maple求解方程进行位置正、逆解的数值验证,两者结果一致。根据反螺旋理论推导出了机构的全局雅可比矩阵表达式,为机构的速度、加速度分析提供了依据。再次,研究了3-PSR并联机构的工作空间。依据机构的位置约束方程和关节点结构约束条件,利用数值搜索法对机构的可达工作空间进行研究,通过Matlab软件编程,搜索满足条件的末端活动平台参考点的位置集合,导出机构的工作空间图,并对其进行了详细分析。最后,3-PSR并联机构的虚拟样机仿真分析。使用三维建模软件Solid Works创建机构的各零部件模型,并进行正确装配,通过软件接口,将机构三维模型导入仿真软件Adams中进行运动学和动力学仿真分析。给末端一定的输出曲线轨迹,分析机构的输出参考点位置、速度和加速度等随时间变化的曲线规律,同时可以得到机构的对于输入随时间变化的情况。在末端活动平台上施加一定的外部载荷时,分析机构的动力学特性变化,并将施加载荷下的驱动功率消耗情况与零载荷时加以比较,分析载荷对机构的驱动力的变化影响,发现加载荷后的驱动关节受力平稳且无突变,而由于施加载荷的方向影响,导致驱动二的电机功率消耗最多,这为机构在电机选型和杆件优化及控制方面提供了理论参考。
【关键词】：3-PSR 并联机构 支链构型 运动学 工作空间 仿真
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 三自由度S类并联机构的研究进展与分析12-17
• 1.2.1 构型综合研究12-13
• 1.2.2 运动学研究13-14
• 1.2.3 奇异性研究14-15
• 1.2.4 工作空间研究15-16
• 1.2.5 仿真分析研究16-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 2 支链含P副、S副、R副三自由度并联机构构型研究19-30
• 2.1 S类三自由度并联机构的构型及应用分析研究19-25
• 2.2 3-PSR并联机构构型分析25-26
• 2.3 3-PSR并联机构的自由度分析26-27
• 2.4 基于螺旋理论的机构运动分析27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 3-PSR并联机构的运动学位置分析30-48
• 3.1 3-PSR并联机构的坐标系建立30-31
• 3.2 并联机构的位置描述与坐标变换31-33
• 3.3 3-PSR并联机构的位置分析33-42
• 3.3.1 3-PSR并联机构的位置逆解分析33-38
• 3.3.2 3-PSR并联机构的位置正解分析38-41
• 3.3.3 位置解实例计算41-42
• 3.4 3-PSR并联机构的全局雅可比矩阵建立42-47
• 3.4.1 约束雅可比矩阵43-45
• 3.4.2 运动雅可比矩阵45-46
• 3.4.3 全局雅可比矩阵46
• 3.4.4 奇异性分析46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 4 3-PSR并联机构的工作空间分析48-58
• 4.1 并联机构工作空间的分类及求解方法48-49
• 4.1.1 并联机构工作空间的分类48-49
• 4.1.2 工作空间的求解方法49
• 4.2 影响 3-PSR并联机构工作空间的因素49-51
• 4.3 3-PSR并联机构的工作空间求解51-57
• 4.3.1 数值搜索法求解51-53
• 4.3.2 工作空间仿真实例分析及参数的影响53-57
• 4.4 本章小结57-58
• 5 基于Adams的 3-PSR并联机构虚拟样机仿真研究58-76
• 5.1 Adams软件常用模块59-60
• 5.2 Adams软件仿真步骤60-62
• 5.2.1 3D模型的获取60-61
• 5.2.2 Adams软件仿真模型的建立61-62
• 5.3 运动学仿真分析62-70
• 5.3.1 运动学逆解仿真62-67
• 5.3.2 运动学正解仿真67-70
• 5.4 动力学仿真分析70-75
• 5.5 本章小结75-76
• 6 总结与展望76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-83
• 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】

中国期刊全文数据库 前10条

1 原政;;3-RPS和3-SPR机构的工作空间差异分析[J];机械工程与自动化;2015年06期

2 LI Qinchuan;XIANG Ji'nan;CHAI Xinxue;WU Chuanyu;;Singularity Analysis of a 3-RPS Parallel Manipulator Using Geometric Algebra[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2015年06期

3 何佳唯;平雪良;李朝阳;蒋毅;;机器人工作空间求解方法研究及应用[J];机械传动;2015年10期

4 陈纯;王庆梁;黄玉美;程祥;;三自由度3-PRS并联机构的运动学解析[J];机械传动;2015年09期

5 SHAO Jiejie;CHEN Wenyu;FU Xin;;Position, Singularity and Workspace Analysis of 3-PSR-O Spatial Parallel Manipulator[J];Chinese Journal of Mechanical Engineering;2015年03期

6 蒲志新;李艳梅;于英华;;3-RPS并联机器人工作空间分析及参数研究[J];机械传动;2015年01期

7 王杰;张霖;田威;;用于飞机装配的3-SPR机构运动学与奇异分析[J];武汉科技大学学报;2014年03期

8 曾达幸;胡志涛;侯雨雷;黄真;;基于螺旋理论的两转一移解耦并联机构型综合[J];燕山大学学报;2014年01期

9 范宇超;李强;魏永庚;毕永利;;基于Adams的3自由度并联机构运动学分析[J];黑龙江大学工程学报;2013年02期

10 潘璇;王培俊;聂良兵;程宏钊;;基于ADAMS的三自由度汽车运动平台仿真分析[J];机械传动;2013年04期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 姚太克;一类三自由度并联机构的特性研究与优化设计[D];中国科学技术大学;2013年

2 李彬;支链布局对一类三自由度并联机构结构约束及运动学性能的影响研究[D];天津大学;2012年

3 郭瑞琴;并联机构奇异性分析及免奇异方法研究[D];同济大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 薛明瑞;2PRU-（2PRR）U并联机构运动学及性能分析[D];浙江理工大学;2015年

2 谭烁;3-PSR并联机器人动力学分析与仿真[D];大连交通大学;2014年

3 赵建廷;3-PRS并联机构运动设计分析[D];河北大学;2014年

4 仲明;改进型3-RPS并联机构的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

5 高鹏;基于3-RPS并联机构的微创脊柱手术导引设备稳健优化设计[D];河北工程大学;2013年

6 韩晓辉;基于重载的3-PRS并联机构的设计[D];上海交通大学;2013年

7 侯卓磊;3-SPR型并联救援机器人运动学与力学分析[D];燕山大学;2012年

8 段启涵;3-PRRU并联机器人动力学分析[D];浙江理工大学;2012年

9 崔培;3-RPS+RP五自由度混联机械臂机构学分析与仿真研究[D];燕山大学;2011年

10 金京哲;并联机器人工作空间的分析与模拟[D];燕山大学;2009年

，

本文编号：767821