三自由度3-PSP并联机构运动性能与仿真研究

发布时间：2017-06-16 20:04

  本文关键词：三自由度3-PSP并联机构运动性能与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：三自由度并联机构具有工作空间较大、从动关节结构简单、制造装配精度高、驱动控制容易和成本低等优点，成为国内外学者研究的热点。三自由度并联机构中的2R1T机构在各个领域应用比较广泛，可以满足人们对设计目标的要求，本文对一种可以实现2R1T型运动的3-PSP并联机构进行研究。 首先，分析3-PSP并联机构的结构特点，利用传统的自由度计算公式CGK和旋量理论两种方法分析该机构自由度的数目以及具体分布，确定机构输出为2R1T运动，为后续对机构运动学研究确定末端输出变量。 其次，对3-PSP并联机构的运动学进行研究。利用封闭矢量环方法建立机构的位置逆解运动约束方程，已知末端输出位姿，可求得驱动输入变量；当给定驱动输入长度时，根据机构动平台的几何特点，得出末端输出在相对坐标系中的位置，利用变换矩阵法将不同参考坐标中的矢量联系起来，求得其位置正解；根据位置逆解的约束方程对时间求导，推导出速度雅克比矩阵，对其速度加速度进行分析。 然后，在运动学基础上对3-PSP并联机构运动性能进行分析。根据运动学中的雅克比矩阵分析机构奇异性，确定机构没有奇异位置，为工作空间的求解奠定基础；在对位置逆解研究的基础上，利用数值搜索法对其可达工作空间进行研究，确定结构参数以及杆长约束条件，在Matlab中建立其数学建模，导出可达工作空间的三维仿真模型，对其工作空间结构进行分析；利用雅克比矩阵条件数对3-PSP并联机构的灵巧度进行分析。 最后，对3-PSP并联机构进行运动学和动力学仿真。利用UG8.0和ADAMS协同仿真技术，建立3-PSP并联机构的刚体虚拟样机模型，分别对其正运动学和逆运动学仿真，可以顺利实现末端输出螺旋线轨迹，分析驱动输入速度加速度曲线；在确定末端输出轨迹前提下，分别对末端无外载荷和有恒定外载荷时动力学进行仿真，，比较其驱动输入电机的功率消耗和受力情况，为驱动电机的选择提供理论支持。
【关键词】：三自由度并联机构 3-PSP 位置分析 工作空间 仿真分析
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH112
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 并联机构的研究现状11-17
• 1.2.1 并联机构的应用11-14
• 1.2.2 并联机构理论研究现状及分析14-17
• 1.3 本文主要研究内容以及章节安排17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 2 3-PSP 并联机构的结构分析19-26
• 2.1 引言19
• 2.2 少自由度并联机构的理论基础19-20
• 2.2.1 少自由度并联机构的组成元素19-20
• 2.2.2 少自由度并联机构的分类20
• 2.3 3-PSP 自由度分析20-25
• 2.3.1 3-PSP 并联机构结构分析20-21
• 2.3.2 螺旋理论的基础知识21-24
• 2.3.3 基于 Kutzbach- Grünler 公式的自由度计算24
• 2.3.4 基于螺旋理论的自由度计算24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 3-PSP 并联机构的运动学分析26-40
• 3.1 引言26
• 3.2 并联机构的位姿描述与坐标变换26-30
• 3.2.1 位姿描述27-28
• 3.2.2 坐标变换28-30
• 3.3 建立坐标系30-31
• 3.4 3-PSP 并联机构位置分析31-36
• 3.4.1 3-PSP 并联机构位置逆解31-34
• 3.4.2 3-PSP 并联机构位置正解34-36
• 3.5 雅克比矩阵和速度分析36-38
• 3.6 加速度分析38-39
• 3.7 本章小结39-40
• 4 3-PSP 并联机构的运动性能研究40-53
• 4.1 引言40
• 4.2 机构奇异性分析40-42
• 4.2.1 奇异位形的概念及分类40-41
• 4.2.2 3-PSP 并联机构的奇异性分析41-42
• 4.3 工作空间研究42-49
• 4.3.1 并联机构工作空间的影响因素43-44
• 4.3.2 3-PSP 并联机构工作空间的求解44-46
• 4.3.3 3-PSP 并联机构工作空间仿真与分析46-49
• 4.4 机构的灵巧度分析49-52
• 4.4.1 灵巧度性能指标49-51
• 4.4.2 3-PSP 并联机构灵巧度分析51-52
• 4.5 本章小结52-53
• 5 3-PSP 并联机构的虚拟样机仿真53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 UG 和 ADAMS 软件的选择53-55
• 5.2.1 UG 软件的选择53-54
• 5.2.2 ADAMS 软件的选择54-55
• 5.3 3-PSP 并联机构的虚拟样机55-57
• 5.3.1 创建三维模型55-56
• 5.3.2 创建虚拟样机的几何约束模型56-57
• 5.4 仿真分析57-64
• 5.4.1 运动学仿真57-62
• 5.4.2 动力学仿真62-64
• 5.5 本章小结64-65
• 6 总结与展望65-67
• 6.1 全文总结65
• 6.2 展望65-67
• 参考文献67-72
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果72-73
• 致谢73-74

【参考文献】

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本文编号：456289