【摘要】：傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)中因球副的結(jié)構(gòu)缺陷,包括由于特殊結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)角過小、能夠承受較大壓力但受拉情況下性能很差等因素,使得并聯(lián)機(jī)構(gòu)位置、姿態(tài)工作空間、剛度特性以及運(yùn)動(dòng)特性等最重要的性能指標(biāo)受到嚴(yán)重限制,影響著并聯(lián)機(jī)構(gòu)在實(shí)際中的應(yīng)用與普及。本課題將并聯(lián)機(jī)構(gòu)中的球副進(jìn)行合理地轉(zhuǎn)化,憑借轉(zhuǎn)動(dòng)副轉(zhuǎn)角大、無論受拉還是受壓都可承受較大載荷等特性,構(gòu)造出一種包括轉(zhuǎn)動(dòng)副和移動(dòng)副的平面閉環(huán)子鏈分支,進(jìn)而可以提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力學(xué)性能。平面閉環(huán)分支的引入會(huì)使得機(jī)構(gòu)的自由度分析、約束情況分析等變得復(fù)雜,尤其是本課題中因其出現(xiàn)引起一種不同于以往的約束情況即含耦合約束的情況出現(xiàn),因此本課題致力于解決出現(xiàn)的問題。本文主要研究內(nèi)容如下:為含平面閉環(huán)分支的新型并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行型綜合與綜合實(shí)驗(yàn)。首先,根據(jù)實(shí)際要求列出機(jī)構(gòu)綜合的目標(biāo),以此作為機(jī)構(gòu)綜合的基礎(chǔ);然后提出將機(jī)構(gòu)中的球副轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)副來綜合出一類含平面閉環(huán)子鏈分支的4、5、6自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu);最后采用綜合實(shí)驗(yàn)的方式搭建上述機(jī)構(gòu)中的一些典型試驗(yàn)樣機(jī),對(duì)綜合出的機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)提出的兩種含平面閉環(huán)子鏈分支機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。首先,設(shè)計(jì)出兩種含平面分支的并聯(lián)機(jī)構(gòu),并進(jìn)行了位置反解模型的建立;其次針對(duì)分支之間關(guān)聯(lián)性較大的機(jī)構(gòu)提出一種變步長邊界搜索方法,得到了該兩個(gè)機(jī)構(gòu)的工作空間;接著分析得出該類機(jī)構(gòu)的約束情況隨著位姿的不同出現(xiàn)的約束不同,進(jìn)而得到了這兩種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型;最后,搭建2UPR-R+3SPU機(jī)構(gòu)的仿真模型,對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)值算例驗(yàn)證。對(duì)提出的三種含平面閉環(huán)子鏈分支機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析。首先根據(jù)這3機(jī)構(gòu)的各自特點(diǎn),分別建立各個(gè)機(jī)構(gòu)的位置反解模型,并根據(jù)變步長搜索法得到了工作空間,從結(jié)果可以看到平面分支與單鏈分支對(duì)工作空間的形狀影響;然后深入分析了平面閉環(huán)分支對(duì)動(dòng)平臺(tái)的約束性質(zhì),得出該類機(jī)構(gòu)的約束為約束力具有耦合關(guān)系的結(jié)論;接著對(duì)雅可比進(jìn)行了統(tǒng)一,得到了機(jī)構(gòu)的統(tǒng)一雅可比矩陣和海森矩陣,進(jìn)而推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型;最后,以(2UPR-R)機(jī)構(gòu)為例進(jìn)行仿真模型的建立,通過數(shù)值算例對(duì)理論模型進(jìn)行驗(yàn)證。對(duì)2UPR-R+SPS+SP型并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)理論建模、控制平臺(tái)搭建與實(shí)驗(yàn)研究。首先,建立了2UPR-R+SPS+SP的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型及搭建該機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái);然后采用VB語言對(duì)CAD軟件進(jìn)行了二次開發(fā),編寫出了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)控制軟件的軌跡規(guī)劃部分,基于運(yùn)動(dòng)控制卡,編寫出了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制部分;最后,應(yīng)用該軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)本章建立的模型與設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行驗(yàn)證。
【圖文】：

燕山大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文 含平面分支的 5 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)綜合上都是一些基于 Stewart 機(jī)構(gòu)將球副轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動(dòng)副的例子，從這些例子行這種轉(zhuǎn)化將有助于提高并聯(lián)機(jī)構(gòu)的整體性能。但上述兩種轉(zhuǎn)化存在的復(fù)合球副本身有其自己的問題；再比如前文中提到的 6 自由度平面閉因?yàn)楦膭?dòng)太多的驅(qū)動(dòng)分支帶來較多的轉(zhuǎn)動(dòng)副，而且是等效為雙驅(qū)動(dòng)的平面分支為 6 自由度，因此配合其他各種類型的單鏈分支而得到的新會(huì)很少，而根據(jù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)面臨的應(yīng)用場景可知在實(shí)際任務(wù)中不一定需度，那么可以選擇另一種方法來進(jìn)行轉(zhuǎn)化，減少存在的過多的轉(zhuǎn)動(dòng)副，平面分支引入到并聯(lián)機(jī)構(gòu)中，改進(jìn)形式如圖 2-2 所示。

a) 2UPR-R+3SPU 并聯(lián)機(jī)構(gòu) b) R-2RPU+3SPU3SPU 并聯(lián)機(jī)構(gòu)圖 2-5 含閉環(huán)子鏈平面分支 5 自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)Fig 2-5 The 5-DOF parallel mechanism of a plane branch with closed sub-loop 4 自由度含平面閉環(huán)分支并聯(lián)機(jī)構(gòu)綜合小節(jié)通過得到的該平面閉環(huán)子鏈分支構(gòu)造出了兩個(gè) 5 自由度并聯(lián)機(jī)維模型圖可以看到，這兩個(gè)機(jī)構(gòu)將平面分支進(jìn)行了方向與位置的不同起機(jī)構(gòu)具有不同的運(yùn)動(dòng)特性。此外，還把 SPS 分支的一個(gè) S 副變?yōu)楦钡膫�(gè)數(shù)，同時(shí)消除了 SPS 分支繞 P 副的局部自由度，，所做的這些構(gòu)的穩(wěn)定度和靈活性；而從約束角度看，SPU 分支具有 6 個(gè)自由度束。小節(jié)將平面分支與不同類型單鏈分支進(jìn)行組合，構(gòu)造出一些含平面由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，如圖 2-6 所示。同樣下一節(jié)通過本課題組的可重并聯(lián)
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH112

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳宇航;趙鐵石;耿明超;苑飛虎;李二偉;;閉環(huán)雙驅(qū)動(dòng)混合輸出六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析[J];中國機(jī)械工程;2015年20期

2 陳宇航;趙鐵石;邊輝;趙延治;;含子閉環(huán)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2015年12期

3 趙永生;許允斗;姚建濤;金林茹;;一種過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)受力分析的方法[J];中國機(jī)械工程;2014年06期

4 路懿;毛秉毅;翟旭;;閉環(huán)機(jī)構(gòu)關(guān)聯(lián)桿組與冗余約束的關(guān)系[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2013年04期

5 范彩霞;劉宏昭;;一種新型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析[J];機(jī)械科學(xué)與技術(shù);2012年07期

6 郭宗和;崔榮江;楊啟志;朱松松;;基于廣義被動(dòng)鏈的非對(duì)稱3TnR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型綜合[J];機(jī)械設(shè)計(jì)與制造;2012年07期

7 許允斗;姚建濤;趙永生;;鍛造操作機(jī)提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2012年05期

8 路懿;胡波;;少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究進(jìn)展[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2011年05期

9 胡波;路懿;許佳音;于晶晶;;新型過約束并聯(lián)機(jī)構(gòu)2RPU+UPU動(dòng)力學(xué)模型[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2011年11期

10 李守忠;于靖軍;宗光華;;基于旋量理論的并聯(lián)柔性機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合與主自由度分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年13期

本文編號(hào)：2631063