一种新型2T1R并联机构的位置与工作能力分析
发布时间：2021-01-18 10:19
提出一种新型三自由度两平移一转动（2TIR）并联机构,先对该机构进行拓扑结构分析,求出其方位特征集,验证其自由度为3,再对该机构进行运动学分析,求出其逆解方程,然后用机构逆解作为约束条件,最终用数值法求得其工作空间。在分析工作空间的基础上,分析转动能力,从而可以更好地对并联机构末端执行器的整体工作能力进行分析。
【文章来源】：机械设计与研究. 2020,36(03)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
机构结构简图
为了方便运动学分析,需要建立坐标系用来描述并联机构动平台运行时的空间位姿关系。如图2所示,分别在动、静平台上建立坐标系Q-uvw和O-xyz。其中动、静坐标系的原点Q、O分别位于动、静平台等腰直角三角形斜边上的中点,垂直P11和R21连线且指向R31方向为x轴正方向,R31在x轴上,沿R21方向为y轴正方向,z轴为动平台所在平面的法线,于是定坐标系O-xyz就建立起来了。同理建立动坐标系Q-uvw如图,u轴正方向垂直S23、S14连线,指向R33,且R33在u轴上,沿S23方向为v轴正方向,w轴为动平台所在平面的法线。该并联机构的结构参数为动、静平台外接圆半径分别记为r、R,R21与R22、R21与S23之间的杆长相等且记为l1,R31与R32之间的杆长记为l2,R32与R33之间的杆长记为l3。上述结构参数均为常数。
本文采用一种基于混沌映射原理的波纹搜索法来完成对工作空间的搜寻[14-15]。算法原理实际上就是从中心以波纹的形式通过增加极径向四周延伸搜索符合约束条件的点,搜索的过程类似于波纹由内向外不断扩散的形式。此处以第二节中求得的逆解方程作为约束条件,在二维空间中通过矢量方式搜寻满足约束条件的点,由参数方程映射为圆,通过改变极径来搜寻机构的工作空间。该方法的主要参数有一个中心起始点、波纹间距rr、搜寻范围Field和映射点数N。该方法的最大长处在于基于混沌映射原理的伪随机的均匀可靠性,实现波纹扩散式的360°快速搜寻,有效地避免单方向逐步搜寻,很大程度上节约了搜寻时间。该方法步骤简单,运算速度快,能通过调整参数rr、N等来完成多种精度工作空间的搜索。机构的结构参数如下表1所示,具体的搜索流程图如图3所示。表1 机构的尺寸参数 m R r l1 l2 l3 h0 2 1 0.8 0.419 1.5 2
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种3T1R并联操作手的运动性能分析、样机研制和参数优化[J]. 李菊,孔骏成,邓嘉鸣,沈惠平. 机械设计与研究. 2019(03)
[2]对称3T1R并联机构构型设计与位置分析[J]. 刘勇,许勇,宋伟,吕叶萍. 机械设计与研究. 2019(02)
[3]基于水波法的并联机构的工作空间分析与参数优化研究[J]. 夏永强,罗玉峰,石志新,羊龙,邹金龙,李少帅. 机械传动. 2018(06)
[4]3T1R并联机构的工作空间与参数优化[J]. 夏永强,罗玉峰,石志新,王罡,刘小山. 机械设计与研究. 2017(06)
[5]力反馈型主操作手工作空间分析与仿真方法研究[J]. 屈金星,冯丰. 机械传动. 2016(07)
[6]3T1R并联机构结构设计与位置分析[J]. 石志新,叶梅燕,罗玉峰,杨廷力. 农业机械学报. 2016(08)
[7]三平动并联机构动力学建模与工作空间分析[J]. 白龙,孙牧原,崔国华,崔浩洋. 包装工程. 2015(23)
[8]3-PRS机构工作空间的蒙特卡洛方法分析[J]. 康件丽,陈国强,赵俊伟. 河南理工大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]并联机构运动学与奇异性研究进展[J]. 艾青林,祖顺江,胥芳. 浙江大学学报(工学版). 2012(08)
[10]基于RENN的柔性关节机械臂自适应动态面控制[J]. 顾义坤,倪风雷,刘宏. 控制与决策. 2011(12)
本文编号：2984779
【文章来源】：机械设计与研究. 2020,36(03)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
机构结构简图
为了方便运动学分析,需要建立坐标系用来描述并联机构动平台运行时的空间位姿关系。如图2所示,分别在动、静平台上建立坐标系Q-uvw和O-xyz。其中动、静坐标系的原点Q、O分别位于动、静平台等腰直角三角形斜边上的中点,垂直P11和R21连线且指向R31方向为x轴正方向,R31在x轴上,沿R21方向为y轴正方向,z轴为动平台所在平面的法线,于是定坐标系O-xyz就建立起来了。同理建立动坐标系Q-uvw如图,u轴正方向垂直S23、S14连线,指向R33,且R33在u轴上,沿S23方向为v轴正方向,w轴为动平台所在平面的法线。该并联机构的结构参数为动、静平台外接圆半径分别记为r、R,R21与R22、R21与S23之间的杆长相等且记为l1,R31与R32之间的杆长记为l2,R32与R33之间的杆长记为l3。上述结构参数均为常数。
本文采用一种基于混沌映射原理的波纹搜索法来完成对工作空间的搜寻[14-15]。算法原理实际上就是从中心以波纹的形式通过增加极径向四周延伸搜索符合约束条件的点,搜索的过程类似于波纹由内向外不断扩散的形式。此处以第二节中求得的逆解方程作为约束条件,在二维空间中通过矢量方式搜寻满足约束条件的点,由参数方程映射为圆,通过改变极径来搜寻机构的工作空间。该方法的主要参数有一个中心起始点、波纹间距rr、搜寻范围Field和映射点数N。该方法的最大长处在于基于混沌映射原理的伪随机的均匀可靠性,实现波纹扩散式的360°快速搜寻,有效地避免单方向逐步搜寻,很大程度上节约了搜寻时间。该方法步骤简单,运算速度快,能通过调整参数rr、N等来完成多种精度工作空间的搜索。机构的结构参数如下表1所示,具体的搜索流程图如图3所示。表1 机构的尺寸参数 m R r l1 l2 l3 h0 2 1 0.8 0.419 1.5 2
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种3T1R并联操作手的运动性能分析、样机研制和参数优化[J]. 李菊,孔骏成,邓嘉鸣,沈惠平. 机械设计与研究. 2019(03)
[2]对称3T1R并联机构构型设计与位置分析[J]. 刘勇,许勇,宋伟,吕叶萍. 机械设计与研究. 2019(02)
[3]基于水波法的并联机构的工作空间分析与参数优化研究[J]. 夏永强,罗玉峰,石志新,羊龙,邹金龙,李少帅. 机械传动. 2018(06)
[4]3T1R并联机构的工作空间与参数优化[J]. 夏永强,罗玉峰,石志新,王罡,刘小山. 机械设计与研究. 2017(06)
[5]力反馈型主操作手工作空间分析与仿真方法研究[J]. 屈金星,冯丰. 机械传动. 2016(07)
[6]3T1R并联机构结构设计与位置分析[J]. 石志新,叶梅燕,罗玉峰,杨廷力. 农业机械学报. 2016(08)
[7]三平动并联机构动力学建模与工作空间分析[J]. 白龙,孙牧原,崔国华,崔浩洋. 包装工程. 2015(23)
[8]3-PRS机构工作空间的蒙特卡洛方法分析[J]. 康件丽,陈国强,赵俊伟. 河南理工大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]并联机构运动学与奇异性研究进展[J]. 艾青林,祖顺江,胥芳. 浙江大学学报(工学版). 2012(08)
[10]基于RENN的柔性关节机械臂自适应动态面控制[J]. 顾义坤,倪风雷,刘宏. 控制与决策. 2011(12)
本文编号：2984779
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/2984779.html
