大工作空间并联机构构型设计与分析

发布时间：2016-03-16 18:07

2支链结构组成及末端自由度

2.1引言

构件通过构件上的运动副以串联的形式链接到一起，组成机构的支链，支链两端的运动副再分别与动平台和静平台相连接组成并联机构。并联机构动平台的自由度有六个要素，分别是沿着空间三个方向的移动自由度和绕着空间三个轴线的转动自由度，它由每条支链对动平台提供的公共自由度决定，而支链与动平台唯一的连接点为支链末端，当支链末端之间的相对位置不变在空间移动时，动平台则具有移动自由度，当支链末端之间的相对位置发生改变时，动平台则具有转动自由度。当动平台具有某一方向的移动自由度时反映到支链末端即支链末端也具有相应的移动自由度，当动平台具有某一方向的转动自由度时反映到支链末端即动平台相对于支链具有这一方向的转动自由度，因此，并联机构动平台自由度的实质是并联机构支链末端之间互相运动的结果，支链末端之间的互相运动则由支链末端的自由度决定，而动平台运动能力的大小则由每条支链运动能力的大小综合作用决定。支链末端自由度由支链中的运动副组成以及运动副之间轴线的空间位置关系决定，因此实现并联机构动平台自由度最根本的原因是确定运动副的空间拓扑结构。

2.2支链结构组成及位置关系

之前已经得出，并联机构的支链常用运动副组成，其中C副、U副、S副能够由P副和R副合成，本节只讨论P副和R副的线性相关性。共三种情况，移动副之间的线性相关性、转动副之间的线性相关性以及移动副和转动副的线性相关性(1)对于移动副之间，只能实现移动自由度，可得出如下结论2.3:1)轴线互相平行或重合的移动副必定相关；2)同时平行于同一平面的移动副，最多有两个移动副线性无关，其余移动副均可由此两个移动副表示出；3)在空间中，具有三维轴线方向的移动副，最多有三个移动副线性无关，其余所有移动副均可由此三个移动副表示。

3 6-DOF并联机构设计方法.......... 21

3.1引言........21 

4 6-D0F并联机构尺度设计..........43

4.1引言........43

4.2六自由度并联机构的工作空间.........44 

5面向操作任务的并联机构构型设计............59

5.1引言........59

5.2并联机构设计步骤.........59

5面向操作任务的并联机构构型设计

5.1引言

现代机械系统的发展推动着机构创新设计，也推动着现代机构学的发展。现代机构学的研究主要是设计新型机构构型，再配合其他子系统创造出满足特定要求的新机构。目前，并联机构的研究经过几十年的发展，已经日趋成熟，国内外的学者们利用不同的原理、方法相继提出了众多不同类型、不同自由度的新型机构，但在工程实践中得到广泛应用的机构并不是很多，在传统的机构构型设计时，需要遴选机构构型，虽然具有构型上的创新性，但还需要对新型机构进行相关分析，判断是否满足设计要求，如果不满足要求又要重新回到构型设计步骤，因此，在选择机构构型时仍然需要设计者的经验，而且具有一定的盲目性，因此，现代机构学的最高任务是为创造适用于现代机械系统的新机构提供系统的理论和有效的方法，特别是面向操作任务的机构构型设计方法。为了减小机构创新的盲目性，开拓以功能为导向，创造满足特定运动性能要求的新机构途径，本章以工作空间以及动平台尺度为具体设计任务，对六自由度并联机构进行了机构的设计，设计出的构型可直接满足具体的操作任务。

5.2并联机构设计步骤

面向具体的操作任务，除了自由度要求之外，往往有不同的设计指标，但对于并联机构的本体的设计指标，一般为动平台所需要的尺度以及动平台的移动能力和转动能力，因此，在设计机构构型时，将动平台的尺度以及真实工作空间作为已知条件。本章所述的机构设计方法，主要是在第三章所设计的六自由度并联机构的基础上，根据动平台尺度以及所需工作空间，选择支链结构并进行相关的尺度设计，满足机构设计要求。机构的主要设计步骤如图5-1所示：

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6总结与展望

对于六自由度并联机构，无论从理论上的研究还是工程实践中的应用，经过几十年的发展，已经取得了很大的进展，但六自由度机构的工作空间狭小，运动学分析困难、机构的强稱合性等方面的缺点，一直是六自由度机构的技术难题，特别是工作空间狭小的缺点，严重制约着六自由度并联机构的应用。在此背景下，本文提出了一种新型的三支链六自由度并联机构设计方法，并为了最大限度的增大机构的工作空间，对机构中的运动副配置提出了配置要求，又建立了机构尺度与工作空间的关系，进一步增大的机构的工作空间，最终可以以工作空间为设计任务对并联机构进行构型设计，实现了本文大工作空间并联机构设计的设计要求。本文工作主要从以下几个方面展开：首先，基于螺旋理论，分析了基本运动副中移动副和转动副之间的线性相关性以及它们对支链末端与动平台相连点自由度的影响，在此基础上，，得出了支链末端实现不同自由度时，支链结构组成以及运动副的配置关系。

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参考文献（略）

本文编号：35151