【摘要】：隨著科技的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)構(gòu)日益受到關(guān)注，其應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。與串聯(lián)機(jī)構(gòu)不同，并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展只有幾十年的歷史。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的一些基本問(wèn)題還沒(méi)有完全解決，這阻礙了并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用。6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種典型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本文對(duì)6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、奇異性和柔索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)作了深入的研究和探討。 運(yùn)動(dòng)學(xué)正解是并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基本問(wèn)題之一，同時(shí)也是研究并聯(lián)機(jī)構(gòu)其它問(wèn)題的基礎(chǔ)。6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的正解方程是關(guān)于位置和姿態(tài)參數(shù)的高度耦合的非線性方程組，難以進(jìn)行解析求解。本文通過(guò)分析動(dòng)平臺(tái)位置與姿態(tài)變量之間的耦合關(guān)系、運(yùn)用Gr bner基算法，得到了15個(gè)只含有3個(gè)變量的相容方程�；谶@15個(gè)相容方程，運(yùn)用正交補(bǔ)方法以及逐步消去高次項(xiàng)的方法，最終將6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解問(wèn)題表達(dá)為一元高次代數(shù)方程。研究結(jié)果表明，一般6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解問(wèn)題可以表達(dá)為一元20次代數(shù)方程，雖然仍然為20次的代數(shù)方程，但是比之已有方法計(jì)算速度大為提高；用多種方法研究了對(duì)稱6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解問(wèn)題，最終將其表達(dá)為一元14次的代數(shù)方程；3/6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)和3/3-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解問(wèn)題均可以表達(dá)為一元8次代數(shù)方程。提出了一種橢圓型6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)并將其運(yùn)動(dòng)學(xué)正解問(wèn)題表達(dá)為一元14次代數(shù)方程。 奇異性分析也是并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究的基本問(wèn)題之一。奇異性分析在工作空間分析、軌跡規(guī)劃以及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究中是無(wú)法回避的問(wèn)題。如何給出奇異軌跡的解析表達(dá)式一直是眾多學(xué)者研究并聯(lián)機(jī)構(gòu)的重點(diǎn)。本文提出了一種研究6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異性的新方法。旋轉(zhuǎn)矩陣采用四元數(shù)描述，并將矢量坐標(biāo)擴(kuò)展為4維形式，通過(guò)分析動(dòng)平臺(tái)位置與姿態(tài)變量之間的耦合關(guān)系以及四元數(shù)的性質(zhì)，得到了采用8個(gè)二次方程式表達(dá)的運(yùn)動(dòng)方程。本文進(jìn)一步應(yīng)用該運(yùn)動(dòng)方程導(dǎo)出了新型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)雅可比矩陣，通過(guò)對(duì)該新雅可比矩陣求取行列式，得到了奇異軌跡的解析表達(dá)式。該方法適用于所有類型的6-SPS并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 本文對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和奇異性的關(guān)系進(jìn)行了初步的研究。研究發(fā)現(xiàn)，，在奇異位形上，運(yùn)動(dòng)學(xué)正解將出現(xiàn)重根；也就是機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)將發(fā)生改變，為今后進(jìn)一步深入研究奠定了基礎(chǔ)。 柔索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。本文對(duì)柔索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間、剛度等問(wèn)題進(jìn)行了研究并搭建了理論分析平臺(tái)。由于柔索只能承受拉力、而不能施加壓力的特性，在研究工作空間時(shí)必須遵循拉力為正的原則。應(yīng)用正交補(bǔ)的方法進(jìn)行工作空間的研究。借鑒工業(yè)機(jī)器人的研究方法，研究了柔索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度問(wèn)題。
【圖文】：

圖 1.1 娛樂(lè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)圖 1.2 噴漆并聯(lián)機(jī)器人伯明翰 Dunlop Rubber 公司的著名汽車(chē)工程師 Eric Gough并聯(lián)機(jī)構(gòu)  通用輪胎測(cè)試機(jī)[4]，如圖 1.3 所示，能夠測(cè)量指標(biāo)。1955 年制造出了第一臺(tái)樣機(jī)，最后一臺(tái)在 Dunlop陳列于不列顛國(guó)家科學(xué)與工業(yè)博物館。雖然 Gough 發(fā)明了但是需要指出的是這種八面體結(jié)構(gòu)并不由 Gough 首次提出在有些場(chǎng)合取得應(yīng)用了，例如明尼蘇達(dá)大學(xué)的地震模擬器

并聯(lián)機(jī)構(gòu)若干基本問(wèn)題的研究1928 年， James E. Gwinnett[2]發(fā)明了一種基于球并聯(lián)機(jī)構(gòu)的娛樂(lè)設(shè)備并且申請(qǐng)了專圖 1.1 所示。然而當(dāng)時(shí)的工業(yè)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這一發(fā)明。Willard L.V. Pollard 發(fā)明的一個(gè)五三分支的噴漆機(jī)器人，被認(rèn)為是第一臺(tái)工業(yè)并聯(lián)機(jī)器人，如圖 1.2 所示。但是由于技術(shù)它也沒(méi)能被制造出來(lái)[3]。圖 1.1 娛樂(lè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH112

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉杰,寧柯軍,趙明揚(yáng);一種新型柔索驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的模型樣機(jī)[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào);2002年10期

2 張立勛;王克義;張今瑜;王嵐;;基于繩索牽引的骨盆運(yùn)動(dòng)并聯(lián)康復(fù)機(jī)器人的可控性研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2007年07期

3 鄭亞青,劉雄偉;六自由度繩牽引并聯(lián)機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間分析[J];華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2002年04期

4 鄭亞青;;WDPSS縮比模型的低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)[J];華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年02期

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2 李鷺揚(yáng);6-SPS型并聯(lián)機(jī)床若干關(guān)鍵理論研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

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本文編號(hào)：2657969