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

发布时间：2020-08-05 16:49

【摘要】：支链布局方式对少自由度并联机构的结构约束及运动学性能具有非常重要的影响作用，而目前针对此方面的研究尚处于个案研究阶段。本文以一类含有5自由度运动支链的3自由度并联机构为研究对象，揭示机构支链布局方式对该类机构的结构约束影响关系及其对机构在运动学层面上的影响作用，主要研究内容和成果如下： 1、首先确定单个运动副的空间布置参数，在此基础上，针对组成并联机构的不同运动支链结构形式，确定决定支链布局形式的尺度参数与结构参数，将机构运动支链空间布局方式变化的几何问题转化为参数取值及组合的数学问题，通过参数的不同取值和组合可得到由相同运动支链构成的不同机构构型，这对提出新型机构构型具有重要的理论意义与实用价值。 2、借助螺旋理论，建立少自由度并联机构的全雅克比矩阵，得到少自由度并联机构的速度正、逆解模型，进而获得机构运动支链的末端速度，在此基础上通过考察运动支链驱动力与支链末端速度的方向关系，建立基于支链传动压力角这一机构运动学性能指标，为评价位姿耦合型少自由度并联机构的运动学性能提供了有效指标。 3、通过支链空间布局参数的不同取值和组合，分别得到由RPS、PRS、SPR以及PSR运动支链组成的不同构型3-RPS、3-PRS、3-SPR以及3-PSR并联机构，在此基础上研究了支链布局方式对上述并联机构的结构约束的影响关系，并利用支链传动压力角运动学性能指标，对所获得的不同构型的3-RPS、3-PRS、3-SPR以及3-PSR并联机构的运动学性能进行了分析与对比研究，为后续的机构研究与构型选型及优化奠定了理论基础。 本文研究成果对丰富和发展少自由度并联机构学设计理论，推进并联机器人技术的工程应用具有重要的理论意义和实用价值。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TH112
【图文】：

的关节串联机构，因此被称为并联机构/机器人。与串联式机构相比，并联机构具有刚度大、运动惯量小、精度高、响应速度快等优点，这与串联式机构在结构和性能上形成互补关系，可完成串联机构无法完成的任务，从而扩大了机器人的应用领域。但此时的并联机器人似乎并没有引起太多人的关注，研究并联机器人的学者也寥寥无几，相关的研究工作亦无太多进展。在沉寂了十多年之后，1994 年，在美国芝加哥国际机床博览会上，美国Ingersoll 公司、Giddings & Lewis 公司首次展出了称为“六足虫”的 Hexapod( 图1-7) 和“变异型”的 VARIAX(图 1-8) 的并联数控机床与加工中心，引起了巨大的轰动，由于这种机床结构简单、传动链短、刚度大、质量轻、成本低、容易实现六轴联动等特点，使得其一经出现立刻引起了世界的关注，被媒体誉为“机床结构的重大革命”和“二十一世纪的数控加工装备”。由此在工程界和学术界掀开了并联机构的研究热潮，世界各国也在此领域内投入巨资进行相关的技术研发，大量新型结构的并联机器人和机床不断涌现，并联机构的应用领域迅速扩大其相关的理论研究也得到极大地加深。

的关节串联机构，因此被称为并联机构/机器人。与串联式机构相比，并联机构具有刚度大、运动惯量小、精度高、响应速度快等优点，这与串联式机构在结构和性能上形成互补关系，可完成串联机构无法完成的任务，从而扩大了机器人的应用领域。但此时的并联机器人似乎并没有引起太多人的关注，研究并联机器人的学者也寥寥无几，相关的研究工作亦无太多进展。在沉寂了十多年之后，1994 年，在美国芝加哥国际机床博览会上，美国Ingersoll 公司、Giddings & Lewis 公司首次展出了称为“六足虫”的 Hexapod( 图1-7) 和“变异型”的 VARIAX(图 1-8) 的并联数控机床与加工中心，引起了巨大的轰动，由于这种机床结构简单、传动链短、刚度大、质量轻、成本低、容易实现六轴联动等特点，使得其一经出现立刻引起了世界的关注，被媒体誉为“机床结构的重大革命”和“二十一世纪的数控加工装备”。由此在工程界和学术界掀开了并联机构的研究热潮，世界各国也在此领域内投入巨资进行相关的技术研发，大量新型结构的并联机器人和机床不断涌现，并联机构的应用领域迅速扩大其相关的理论研究也得到极大地加深。

) 和“变异型”的 VARIAX(图 1-8) 的并联数控机床与加工中心，引起了巨轰动，由于这种机床结构简单、传动链短、刚度大、质量轻、成本低、容现六轴联动等特点，使得其一经出现立刻引起了世界的关注，被媒体誉为床结构的重大革命”和“二十一世纪的数控加工装备”。由此在工程界和学掀开了并联机构的研究热潮，世界各国也在此领域内投入巨资进行相关的研发，大量新型结构的并联机器人和机床不断涌现，并联机构的应用领域扩大其相关的理论研究也得到极大地加深。图 1-1 娱乐运动平台 图 1-2 用于汽车喷漆的并联机构

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

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相关博士学位论文 前2条

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本文编号：2781764