本文選題：柔順虎克鉸　切入點：柔順并聯(lián)機構　出處：《華南理工大學》2014年博士論文

【摘要】：隨著軍事工程、光通信工程、生物工程、精密機械工程、精密光學工程等領域的科學技術不斷發(fā)展，迫切需要各方面性能都更加出色的新型機構來適應越來越高的操作需求。合理構型的柔順并聯(lián)機構操作精度、響應速度、承載力、可控性、靈活性等方面都有比較出色的表現(xiàn)，但運動范圍普遍較小，柔順鉸鏈的類型、材料的剛度和材料的彈性極限嚴格的限制了轉動角度的大小。 本文對大行程柔順虎克鉸設計及大行程柔順并聯(lián)機構設計問題作了以下研究： （1）設計了一種新型多簧片大變形柔順虎克鉸，通過偽剛體模型計算和非線性有限元仿真，驗證了該鉸鏈結構的合理性和模型的有效性，該設計基本符合虎克鉸的轉動特性。在虎克鉸的初步設計基礎上，又針對虎克鉸的各項性能進行了多目標優(yōu)化設計，增加運動行程、提高非功能方向的剛度、提高承載力、便于加工等，，得到裝配式柔順虎克鉸為最優(yōu)結構。該柔順虎克鉸可實現(xiàn)高精度、大角度的二維轉動運動，采用直線與曲線復合簧片對稱分布柔度設計，提高了鉸鏈的軸向剛度和徑向剛度，當受到純轉矩作用時，基本沒有軸心漂移，是一種性能優(yōu)良的大行程柔順虎克鉸。 （2）基于大變形柔性虎克鉸設計了PUU運動鏈，將4條PUU運動鏈對稱布置，構造了一種空間三自由度大行程柔順并聯(lián)機構。使用螺旋理論對PUU運動鏈和并聯(lián)機構的自由度進行了分析，建立了三自由度柔順并聯(lián)機構的等效偽剛體模型，推導了機構的位置反解方程和速度雅克比矩陣，并利用非線性有限元軟件進行了模擬仿真，結果表明機構的等效偽剛體模型是有效的。這種三自由度柔順并聯(lián)機構可達立方厘米級的工作空間。 （3）基于大變形柔性虎克鉸設計了PURU運動鏈和UC運動鏈，并使用4條PURU運動鏈和1條UC運動鏈，構造了一種空間四自由度大行程柔順并聯(lián)機構。使用螺旋理論對PURU運動鏈、UC運動鏈和并聯(lián)機構的自由度進行了分析，建立了四自由度柔順機構的等效偽剛體模型，推導了機構的位置反解和速度雅克比矩陣，根據(jù)柔性虎克鉸的轉角范圍，分析了四自由度柔順機構的工作空間。根據(jù)非線性有限元軟件的比較結果，該柔順機構可以輸出高精度大位移的三維轉動和一維平動。 (4)根據(jù)前述章節(jié)的分析結果，對大行程三自由度和四自由度柔順并聯(lián)機構的輸出行程做了實驗研究。根據(jù)實驗結果，對相對誤差進行了討論，并根據(jù)誤差來源對柔順機構的等效偽剛體模型進行修正。使用修正公式進行的實驗結果表明，修正公式是有效的，顯著減小了相對誤差。
[Abstract]:With the continuous development of science and technology in the fields of military engineering , optical communication engineering , biological engineering , precision machinery engineering , precision optical engineering and so on , new mechanisms with better performance are urgently needed to adapt to the increasing operation demand . The reasonable configuration of the flexible parallel mechanism has excellent performance in operation precision , response speed , bearing capacity , controllability , flexibility and the like , but the range of motion is generally small , the type of the flexible hinge , the rigidity of the material and the elastic limit of the material strictly limit the size of the rotation angle .

In this paper , the design of a large - stroke flexible joint and the design of a large - stroke flexible parallel mechanism are studied in this paper .

( 1 ) The design of a novel multi - reed large deformation flexible hooker hinge , which is based on the pseudo - rigid body model and the nonlinear finite element simulation , verifies the rationality of the hinge structure and the validity of the model . The design basically accords with the rotation characteristic of the Hooke ' s hinge .

( 2 ) The PUU kinematic chain is designed based on the large deformation flexible Hooke hinge . Four PUU kinematic chains are symmetrically arranged , and a three - degree - of - freedom large - stroke compliant parallel mechanism is constructed . The equivalent pseudo - rigid body model of the three - degree - of - freedom flexible parallel mechanism is established by using the spiral theory , and the simulation simulation is carried out by using the nonlinear finite element software , and the result shows that the equivalent pseudo - rigid body model of the mechanism is effective .

( 3 ) The puru kinematic chain and the UC kinematic chain are designed on the basis of the large deformation flexible Hooke hinge , and four PURU kinematic chains and one UC kinematic chain are used to analyze the degrees of freedom of the four - degree - of - freedom flexible mechanism by using the spiral theory , and the working space of the four - degree - of - freedom compliance mechanism is deduced . According to the comparison result of the nonlinear finite element software , the compliant mechanism can output three - dimensional rotation and one - dimensional translation of high - precision large displacement .

( 4 ) According to the analysis result of the previous chapter , the output stroke of the three - degree - of - freedom and four - degree - of - freedom flexible parallel mechanism is experimentally studied . Based on the experimental results , the relative error is discussed , and the equivalent pseudo - rigid body model of the compliant mechanism is corrected according to the error source . The experimental results show that the modified formula is effective and the relative error is significantly reduced .

【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH112

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 于靖軍,畢樹生,宗光華;空間全柔性機構位置分析的剛度矩陣法[J];北京航空航天大學學報;2002年03期

2 袁俊;納米技術及其對科技產(chǎn)業(yè)革命的影響[J];中國工程科學;2001年10期

3 吳鷹飛,周兆英;柔性鉸鏈的設計計算[J];工程力學;2002年06期

4 曹鋒;焦宗夏;;雙軸橢圓柔性鉸鏈的設計計算[J];工程力學;2007年04期

5 陳心中,徐潤君;納米技術的廣闊應用前景[J];物理與工程;2001年06期

6 宗光華;裴旭;于靖軍;畢樹生;;一種新型柔性直線導向機構及其運動精度分析[J];光學精密工程;2008年04期

7 孫曉剛,王建華,曾效舒,程國安;納米技術對其他學科及其人類的影響[J];華東交通大學學報;2001年01期

8 李圣怡,黃長征,王貴林;微位移機構研究[J];航空精密制造技術;2000年04期

9 嵇鈞生;納米技術的發(fā)展及趨勢[J];航空精密制造技術;1995年06期

10 孫煒;張憲民;王念峰;管貽生;;三種柔性虎克鉸的比較與分析[J];華南理工大學學報(自然科學版);2011年11期

本文編號：1719078