一种混联平面三自由度混合驱动机构的研究

发布时间：2017-06-14 00:10

  本文关键词：一种混联平面三自由度混合驱动机构的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统机构的概念局限于具有确定运动的刚性构件系统，是不可控的。传统的闭环机构常由恒速电机驱动，只有机构的结构尺寸与其输出的运动规律有关，只能近似完成单一的任务和实现末端轨迹曲线上的少数轨迹点，并不能精确完成任意给定的运动。传统加工机械的主要缺点就是缺少柔性，要想变换系统的输出运动就必须更改机构的尺寸或类型。但是这种改变通常费用较高并且非常麻烦，甚至不能随便更换。在这种条件下，混合驱动机构是传统机构与现代机器人机构成本与性能上的一个良好折中，在理论上能够比较理想地结合机器人机构的灵活性与传统机构的高速度、高效率、高承载力等优势，为现代机械创新设计提供了一个新思路。 本课题提出一种基于3RRR机构的较新型混联机构。通过应用Assur杆组法及图论理论对平面3-DOF全转动副机构进行了构件分类和构件组合，得到了一种最基本的三条支链对称的运动链结构。然后运用拓扑胚图插点法画出了其拓扑胚图，并对其支链进行分类并插入拓扑胚图中，再进行同构分析得到了6种运动链构型。最后，运用一种新的基于构件关系的图论描述方法推导出了此机构的混联构型，并对其进行了应用分析。 在运动学分析中，传统机构中常用矢量环建模法来分析机构的运动。本文介绍了各种数学建模方法，即四元数方法，对偶矩阵，对偶矢量方法。在运动学方程求解方法中，分析比较了吴文俊方法，零括号代数法等。通过对比选择了简洁清晰的D-H矩阵法来建立此混联机构的数学模型并完成机构的正运动学分析。 对于混联机构的建模约束条件，本文分析了此混联机构的可动性及奇异性。首先本章基于平面单闭环连杆机构的可装配性原理分别分析了混联机构中的两个独立闭环的双曲柄存在条件并对其中较重要的一个五杆闭环进行串联和并联奇异分析，最后通过计算几何中的知识分析了该机构的工作空间。 最后本文通过Pro/E建立了此混联机构的装配模型并在Pro/E机构模块中对此混联机构进行运动分析和轨迹仿真。然后把Pro/E中的模型导入到Adams中进行协同仿真来模拟此混联机构的运动参数变化规律，，得到了此混联机构轨迹参考点C在选定杆长尺寸下的位移，速度，加速度曲线。然后通过Adams中的样条曲线拟合功能把位移曲线转换成样条函数，再删除机架F点处的一个常速电机，用两个常速电机和C点样条函数共同驱动此混联机构，反解出了伺服电机的转动规律。本文研究结果，不仅为进一步研究此较新型混联机构奠定理论基础，也为空间多自由度混合驱动机构的研究提供了设计方法。
【关键词】：型综合 混联机构 D-H矩阵 运动学分析 工作空间 协同仿真
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题背景，研究目的和意义10-12
• 1.1.1 课题背景10-11
• 1.1.2 课题研究目的价值和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状、发展动态12-15
• 1.2.1 国内外研究现状12-14
• 1.2.2 发展动态14-15
• 1.3 主要研究内容15
• 1.4 本章小结15-17
• 2 混联机构构型的设计17-27
• 2.1 少自由度机构的型综合概述17-18
• 2.2 平面 3-DOF 运动链基本结构18-22
• 2.2.1 构件分类18
• 2.2.2 构件组合18-22
• 2.3 平面 3-DOF 机构的同构分析22
• 2.4 平面 3-DOF 机构创新构型22-25
• 2.5 平面 3-DOF 混联机构的应用分析25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 3 基于 D-H 矩阵的混联机构运动学分析27-46
• 3.1 机构运动学分析的数学工具27-28
• 3.2 运动学建模工具 D-H 矩阵28-37
• 3.2.1 共原点坐标变换30-31
• 3.2.2 不共原点坐标变换31-33
• 3.2.3 3-RRR 平面三自由度机构的 D-H 矩阵建模33-37
• 3.3 混联机构 D-H 矩阵建模及其运动学正解分析37-45
• 3.3.1 混联机构 D-H 矩阵建模37-42
• 3.3.2 基于 D-H 矩阵的混联机构运动学正解分析42-45
• 3.4 本章小结45-46
• 4 混联机构的建模约束条件及其工作空间分析46-63
• 4.1 可动性分析46-55
• 4.1.1 基本原理46-47
• 4.1.2 曲柄存在条件分析47-55
• 4.2 奇异性分析55-59
• 4.3 机构的工作空间分析59-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 混联机构的协同仿真63-77
• 5.1 基于 Pro/E 的混联机构建模装配63-64
• 5.2 常速电机的转速 n 对加速度的影响和运动仿真64-66
• 5.2.1 常速电机的转速 n 与末端执行器、伺服电机加速度的关系64-65
• 5.2.2 基于 Pro/E 机构模块的混联机构运动仿真65-66
• 5.3 虚拟样机概论与 ADAMS，Pro/E 协同仿真66-70
• 5.3.1 虚拟样机技术定义66-67
• 5.3.2 虚拟样机技术特点及优势67
• 5.3.3 ADAMS 与 Pro/E 协同仿真67-70
• 5.4 基于 ADAMS 的伺服电机转动规律求解70-76
• 5.5 本章小结76-77
• 6 总结与展望77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 展望78-79
• 参考文献79-84
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果84-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 廖启征;;连杆机构运动学几何代数求解综述[J];北京邮电大学学报;2010年04期

2 程光蕴;贺惠农;;两自由度连杆机构精确实现平面轨迹的研究[J];东南大学学报;1990年03期

3 钟勇,朱建新;一种新的机器人工作空间求解方法[J];机床与液压;2004年04期

4 阮鸿雁;王云鹤;;少自由度并联机构关键技术与理论研究现状与展望[J];机床与液压;2011年13期

5 ;Crank conditions and rotatability of 3-RRR planar parallel mechanisms[J];Science in China(Series E:Technological Sciences);2009年12期

6 周双林,邹慧君,李瑞琴;混合驱动五杆机构的轨迹特性研究[J];机械设计与研究;2003年04期

7 方新国,邹慧君,郭为忠,梁庆华;混合驱动平面两自由度七杆机构最优运动规划[J];机械设计与研究;2004年01期

8 李瑞琴;张治民;;可控七杆机构的直线输出行程规律分析[J];机械设计与研究;2008年01期

9 李瑞琴;张治民;;可控七杆机构的工作空间图谱研究[J];机械设计与研究;2008年02期

10 郝云堂,金烨,季辉;虚拟样机技术及其在ADAMS中的实践[J];机械设计与制造;2003年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 倪振松;机构运动学分析中若干问题的几何代数法研究[D];北京邮电大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 王俊卿;混合驱动平面3-RRR机构的基础研究[D];中北大学;2011年

2 张艳华;平面多自由度机构运动分析的计算机模拟逼近法及应用[D];燕山大学;2004年

3 侯少毅;混合驱动机构构型综合及优化设计研究[D];重庆大学;2008年

4 王汝慧;混合驱动六杆机构的研究[D];中北大学;2010年

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本文编号：447966