【摘要】：并聯(lián)機(jī)構(gòu)所具有的一系列優(yōu)點(diǎn),如剛度高、承載能力強(qiáng)、動(dòng)態(tài)性能好、速度快和結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等,引起了國(guó)際上的廣泛關(guān)注,并給予了大量的研究。它是機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床發(fā)展進(jìn)化的方向之一。然而,并聯(lián)機(jī)構(gòu)同時(shí)又受到數(shù)學(xué)模型復(fù)雜而難于實(shí)現(xiàn)快速的實(shí)時(shí)控制、機(jī)構(gòu)工作空間相對(duì)較小、鉸鏈自身存在間隙和接觸剛性差等問題的制約,使得大多數(shù)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究都停留在原理樣機(jī)階段,難于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。盡快解決應(yīng)用中所面臨的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)問題,在某些局部領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用的突破并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化具有十分重要的意義。 本文提出一種基于變型萬(wàn)向節(jié)的三并聯(lián)萬(wàn)向腕關(guān)節(jié)。它的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定了其具有較大的工作擺角,并且末端執(zhí)行器(萬(wàn)向節(jié)的輸出端)在自轉(zhuǎn)的同時(shí)可以靠?jī)蓚�(gè)并聯(lián)桿驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)而獲得所需的工作位姿。因此,本機(jī)構(gòu)既可以應(yīng)用于機(jī)器人的腕關(guān)節(jié),又可以應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床的工作頭。本機(jī)構(gòu)研究的目的就是針對(duì)目前阻礙并聯(lián)機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用的一些關(guān)鍵問題,推出一種新型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究,以尋求并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用的有效途徑,為并聯(lián)機(jī)床(機(jī)器人)產(chǎn)品化提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù),推動(dòng)制造裝備技術(shù)的發(fā)展。 首先,本文通過(guò)查閱大量國(guó)內(nèi)、外相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)在國(guó)內(nèi)、外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì),優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行了詳細(xì)的綜述。闡述了本課題的研究意義。 其次,對(duì)本機(jī)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)理論的研究。建立了機(jī)構(gòu)的矢量運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,推導(dǎo)了機(jī)構(gòu)的雅可比矩陣,分析了機(jī)構(gòu)的輸入、輸出速度以及加速度關(guān)系,并且對(duì)并聯(lián)桿的速度、加速度進(jìn)行了詳細(xì)分析；運(yùn)用虛位移原理,建立了機(jī)構(gòu)靜力學(xué)模型,闡明了機(jī)構(gòu)外力、驅(qū)動(dòng)力以及自身重力之間的關(guān)系；運(yùn)用拉格朗日方程,首次推導(dǎo)了機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型；以機(jī)構(gòu)靜力學(xué)研究和剛度理論為基礎(chǔ),首次推導(dǎo)了機(jī)構(gòu)靜剛度模型,得到機(jī)構(gòu)剛度矩陣,運(yùn)用機(jī)構(gòu)剛度矩陣條件數(shù),分析得到機(jī)構(gòu)的剛度性能；首次通過(guò)分析機(jī)構(gòu)質(zhì)量矩陣,研究機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性；首次通過(guò)分析重力系數(shù),研究了機(jī)構(gòu)的重力特性。 最后,還基于UG對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了三維實(shí)體模型設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)三維運(yùn)動(dòng)仿真；基于MATLAB語(yǔ)言的機(jī)構(gòu)靜力學(xué)、靜剛度、機(jī)構(gòu)重力特性、機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性的仿真和基于MATLAB/Simulink的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真；并且對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),繪制機(jī)構(gòu)二維裝配圖,零件圖。
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：TH112
【圖文】：

并聯(lián)機(jī)床是并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)和現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。它同時(shí)兼顧了機(jī)機(jī)器人的諸多特性，既可以看作是機(jī)器人化的機(jī)床(可以完成機(jī)床的切削任務(wù))，又看作是機(jī)床化的機(jī)器人(可以完成許多精密的機(jī)器人作業(yè))。它能夠提供機(jī)器人的靈柔性，又具有機(jī)床的剛度和精度，是集多種功能于一體的新型機(jī)電設(shè)備。90年代初，國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家先后推出了多種并聯(lián)機(jī)床商業(yè)化樣機(jī)，引起了世界制造業(yè)的轟動(dòng)，譽(yù)為“機(jī)床結(jié)構(gòu)的重大革命”、‘，21世紀(jì)的新一代數(shù)控加工設(shè)備”[3，4]。并聯(lián)機(jī)床的理論基礎(chǔ)是空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論，早在1890一1894年，ClerkJ.MaxweA.annhelm就進(jìn)行了空間機(jī)構(gòu)理論的研究。1916年，EGALTMANN設(shè)計(jì)了一種一個(gè)自由度的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，用于在房間之運(yùn)送物品。Gough于1948年最先提出平臺(tái)式并聯(lián)機(jī)構(gòu)，用于輪胎測(cè)試(如圖1.1)，并于1962與whitehall一起設(shè)計(jì)了由六個(gè)并行線性支鏈支撐兩個(gè)平臺(tái)的輪胎測(cè)試機(jī)15，6]。

從此以后SteW翻rt平臺(tái)也稱作并聯(lián)機(jī)器人。Fichte:于1986年發(fā)表了有關(guān)并聯(lián)機(jī)器人理論和實(shí)際結(jié)構(gòu)的研究成果后‘，0]，引學(xué)和機(jī)器人學(xué)研究者的普遍興趣。20世紀(jì)80年代，人們對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用研究在各種并聯(lián)機(jī)械手、機(jī)器人上，這期間出現(xiàn)了DEIJ’A(如圖1.3)和HEXA并聯(lián)機(jī)者在90年代中后期都已經(jīng)成功地進(jìn)行了商品化。瑞士DEMAURREX的DELI叭到2001年底時(shí)己經(jīng)在世界各地賣出了500臺(tái)套。1993年，美國(guó)德州大學(xué)附屬自動(dòng)化與機(jī)器人研究院(Automation&RobotiesResnstitute，TheUniversityofTexasatArlington)成功研制出可完成銑、磨、鉆、銼、高能束加工的多功能并聯(lián)加工機(jī)械手，形成了現(xiàn)代并聯(lián)機(jī)床的雛形，標(biāo)志著機(jī)床進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段。1994年，在美國(guó)芝加哥國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上，美國(guó)Giddings&Lewis公司首次展riax型并聯(lián)機(jī)床，引起各國(guó)機(jī)床研究單位和生產(chǎn)廠家的重視!川。它是一臺(tái)以平臺(tái)

VAMTlY(如圖1.11)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)在CIMT’99北京國(guó)際機(jī)床展覽會(huì)上出了自己研制的并聯(lián)機(jī)床。天津大學(xué)設(shè)計(jì)并與天津市第一機(jī)床廠聯(lián)合研制的并聯(lián)機(jī)(如圖1.12)也獲得成功并達(dá)到實(shí)用化水平。東北大學(xué)研制的DsXS一70型三桿虛擬軸機(jī)是由三自由度的并聯(lián)機(jī)構(gòu)和兩自由度的串聯(lián)機(jī)構(gòu)混聯(lián)組成的五自由度虛擬軸機(jī)床(如1.13)[l6]。其中，兩自由度串聯(lián)機(jī)構(gòu)置于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，整個(gè)機(jī)構(gòu)通過(guò)三桿的伸縮和兩動(dòng)軸可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)，用以完成多種作業(yè)任務(wù)。由國(guó)防科技大學(xué)和香港科技大學(xué)聯(lián)合制的銀河一2000虛擬軸機(jī)床是一種并聯(lián)式六自由度機(jī)床，是由傳統(tǒng)并聯(lián)機(jī)床發(fā)展而來(lái)的在保持原并聯(lián)機(jī)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)，如高剛度，高精度和高的運(yùn)動(dòng)速度外，用變異機(jī)構(gòu)擴(kuò)了機(jī)床的運(yùn)動(dòng)范圍。在虛擬軸機(jī)床設(shè)計(jì)理論與樣機(jī)建造等關(guān)鍵技術(shù)方面，我國(guó)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平，中部分成果屬國(guó)際首創(chuàng)[l7，‘8]。目前正在進(jìn)行虛擬軸機(jī)床系列化、實(shí)用化的研究，與多

【引證文獻(xiàn)】

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1 吳廣磊;一種基于三并聯(lián)萬(wàn)向腕關(guān)節(jié)和二并聯(lián)機(jī)構(gòu)的混聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究[D];東北大學(xué);2009年

2 陳茂圣;基于三并聯(lián)萬(wàn)向腕關(guān)節(jié)和二并聯(lián)機(jī)構(gòu)的混聯(lián)機(jī)構(gòu)的誤差研究[D];東北大學(xué);2010年

3 王洪濤;一種三并聯(lián)萬(wàn)向工作臺(tái)的研究[D];東北大學(xué);2008年

4 程果;三對(duì)傳力桿空間相交軸RCCR機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析—傳力桿受推力時(shí)的影響[D];鄭州大學(xué);2012年

5 劉明;三并聯(lián)萬(wàn)向工作臺(tái)動(dòng)靜態(tài)特性的研究[D];東北大學(xué);2009年

6 萬(wàn)里波;一種基于三并聯(lián)萬(wàn)向節(jié)的臥式數(shù)控機(jī)床的研究[D];東北大學(xué);2010年

7 李斌;一種基于三并聯(lián)萬(wàn)向腕關(guān)節(jié)刃磨機(jī)床運(yùn)動(dòng)學(xué)及其控制系統(tǒng)的研究[D];東北大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2743101