【摘要】：機(jī)構(gòu)自由度是機(jī)構(gòu)學(xué)中的一個(gè)重要概念,是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首先要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。機(jī)構(gòu)自由度的計(jì)算以Kutzbach Grübler公式最具有代表性,成為機(jī)構(gòu)自由度分析的基本方法。100年來(lái),包括Kutzbach在內(nèi)的許多學(xué)者對(duì)Kutzbach Grübler公式進(jìn)行過(guò)多次的修改,但隨著空間復(fù)雜并聯(lián)機(jī)構(gòu)的大量涌現(xiàn),研究者還是發(fā)現(xiàn),用這些公式和方法對(duì)許多新構(gòu)思設(shè)計(jì)的空間復(fù)雜并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行自由度計(jì)算時(shí)經(jīng)常發(fā)生與實(shí)際不符的情況,反映了這些公式和方法在理論上的不完整性,迫切需要進(jìn)行理論完善以解決并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中所遇到的這些困難。同時(shí),原來(lái)的自由度計(jì)算公式不區(qū)分系統(tǒng)和具體構(gòu)件,這既容易造成概念上的混淆,也不適合現(xiàn)代復(fù)雜空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)發(fā)展的需要。 本文在對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)幾何約束進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)學(xué)描述的基礎(chǔ)上,提出了研究空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)自由度的終端約束分析理論與數(shù)學(xué)描述方法。 首先,從概念上將機(jī)構(gòu)系統(tǒng)自由度與機(jī)構(gòu)中末端執(zhí)行器的自由度相區(qū)分,在此基礎(chǔ)上指出并聯(lián)機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器的自由度應(yīng)同時(shí)具有數(shù)目、類型和方向這三個(gè)屬性,這就克服了以前的分析理論或方法對(duì)自由度只進(jìn)行數(shù)量描述而給復(fù)雜機(jī)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)帶來(lái)的困難;同時(shí)還指出系統(tǒng)自由度應(yīng)該是指定了末端執(zhí)行器的機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)自由度。 在理論方面,從研究運(yùn)動(dòng)鏈的終端約束入手,建立了復(fù)雜機(jī)構(gòu)末端執(zhí)行器自由度的約束空間分析理論;提出了指定了末端執(zhí)行器的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)自由度的計(jì)算方法。它可以有效解決以前的自由度理論無(wú)法解決的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度分析和計(jì)算問(wèn)題。在該理論框架下,根據(jù)終端約束不變?cè)?提出了運(yùn)動(dòng)鏈等價(jià)描述的分析理論;經(jīng)過(guò)分析機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的靜平衡方程導(dǎo)出了分析和研究并聯(lián)機(jī)構(gòu)和混聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異性的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的靜平衡方法。并在此基礎(chǔ)上,通過(guò)位姿自由度的概念,將機(jī)構(gòu)自由度分析進(jìn)一步從靜態(tài)上升到動(dòng)態(tài),使得復(fù)雜并聯(lián)機(jī)構(gòu)的奇異性分析能夠自然地轉(zhuǎn)化為位姿自由度的研究問(wèn)題。 在理論的應(yīng)用方面,對(duì)一類平動(dòng)型空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究。從末端執(zhí)行器的自由度分析入手,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)變換獲得這類機(jī)構(gòu)工作空間的參數(shù)方程,通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),實(shí)際上完全可以綜合出工作空間接近甚至超過(guò)機(jī)構(gòu)本身所占空間的并聯(lián)機(jī)構(gòu);此外,還提出了可應(yīng)用于一類平動(dòng)型空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)解析建模方法。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2004
【分類號(hào)】：TH112
【圖文】：

一是機(jī)床運(yùn)動(dòng)的自由度不同；二是驅(qū)動(dòng)的基本方式不同，即傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或傳遞直線運(yùn)動(dòng)。圖1-1 虛擬軸機(jī)床的不同結(jié)構(gòu)圖 1-1[8]是三種有代表性的基本結(jié)構(gòu)。圖 1-1b 的基本桿長(zhǎng)度是可變的，六根可變長(zhǎng)桿由旋轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠的旋轉(zhuǎn)調(diào)整各桿的不同長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)所需的各種位姿，圖 1-1a 和圖 1-1c 的基本桿長(zhǎng)度是不變的，通過(guò)增加關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)平臺(tái)的各種位姿，所不同的是圖 1-1 虛擬軸機(jī)床的不同結(jié)構(gòu)中 1-1a 是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，圖 1-1c 是直線運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，如圖上箭頭所示方向。近年來(lái)

在本章所提到的自由度計(jì)算公式中，得到廣泛應(yīng)用的公式是 KutzbachGrübler 公式，許多學(xué)者[53][67][68][75][82][91][92]等都用該公式進(jìn)行了大量的理論和工程研究，當(dāng)然對(duì)于多數(shù)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，該公式還是適用的，但對(duì)有些復(fù)雜空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，Kutzbach Grübler 公式及其變形形式就會(huì)得出不符合實(shí)際情況的結(jié)果，從而導(dǎo)致理論分析與工程實(shí)際之間產(chǎn)生尖銳的矛盾。據(jù)本人所知，在實(shí)際應(yīng)用中，如大型商用機(jī)械系統(tǒng)仿真分析軟件 ADAMS等分析機(jī)構(gòu)自由度方法就是，在 Kutzbach Grübler 公式計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上再進(jìn)行修補(bǔ)以矯正最初的計(jì)算值；但這種“補(bǔ)漏”的方法對(duì)于一些空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，同樣也未能避免錯(cuò)誤的分析結(jié)果。特別是用以前的這些方法或公式來(lái)作為機(jī)構(gòu)學(xué)研究的基本理論分析工具時(shí)，得出的結(jié)論就具有很大的不可信度，因而說(shuō)用以前的自由度分析方法或公式來(lái)作理論研究的工具是不妥的。下面僅舉兩例來(lái)分析理論計(jì)算結(jié)果與機(jī)構(gòu)實(shí)際自由度間的矛盾問(wèn)題。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張克濤;方躍法;;一種新型空間三自由度并聯(lián)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)與工作空間分析[J];自然科學(xué)進(jìn)展;2008年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 張克濤;變胞并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與運(yùn)動(dòng)特性研究[D];北京交通大學(xué);2010年

2 趙亮;一種2UPS-UPR并聯(lián)機(jī)床的設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];東北大學(xué);2010年

3 馬建明;飛行模擬器液壓Stewart平臺(tái)奇異位形分析及其解決方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 黃輝;含五副桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)胚圖自動(dòng)生成方法研究[D];燕山大學(xué);2012年

2 賀永剛;基于運(yùn)動(dòng)功能的少自由度串并聯(lián)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法的研究[D];華中科技大學(xué);2008年

3 李楊;AUV空間運(yùn)動(dòng)自主行為學(xué)習(xí)與規(guī)劃[D];哈爾濱工程大學(xué);2012年

4 付萌;少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)尺度參數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化研究[D];電子科技大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2727816