本文關(guān)鍵詞：混合驅(qū)動(dòng)平面三自由度PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)的研究

  更多相關(guān)文章： 混合驅(qū)動(dòng) 六桿機(jī)構(gòu) 工作空間 軌跡生成 優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘要】：混合驅(qū)動(dòng)平面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為一種新興的機(jī)構(gòu)，它既具有混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可控、柔性、運(yùn)行精度高的特性，又具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)剛度高、承載能力強(qiáng)、運(yùn)行速度快的優(yōu)點(diǎn)，可以更好的適應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品向高速化、精密化、柔性化、多樣化發(fā)展的要求。然而，作為一種新興的研究領(lǐng)域，對(duì)這類機(jī)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和研究還不深入。目前對(duì)于混合驅(qū)動(dòng)平面三自由度機(jī)構(gòu)的研究主要集中在對(duì)稱結(jié)構(gòu)、對(duì)稱驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)方面，而對(duì)于非對(duì)稱混合驅(qū)動(dòng)三自由度機(jī)構(gòu)的研究較少。本文將平面三自由度PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)作為研究對(duì)象。從平面三自由度六桿機(jī)構(gòu)構(gòu)型分析出發(fā)，對(duì)混合驅(qū)動(dòng)平面三自由度PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件、運(yùn)動(dòng)學(xué)、工作空間、結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化、軌跡生成方法、動(dòng)力學(xué)及動(dòng)態(tài)平衡進(jìn)行深入研究。主要工作如下： 首先，對(duì)平面三自由度六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)型分析。運(yùn)用圖論原理及Assur桿組法得到平面三自由度六桿機(jī)構(gòu)的唯一裝配構(gòu)型，基于該裝配構(gòu)型通過運(yùn)動(dòng)副替代法將平面轉(zhuǎn)動(dòng)副替代為平面移動(dòng)副，得到了13種不同的平面三自由度六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈圖，并給出了3種易于實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)鏈的9個(gè)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。結(jié)合混合驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)和9種機(jī)構(gòu)構(gòu)型自身的特點(diǎn)，最終確定PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象。 第二，通過虛桿等效的方法，將PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)等效為一個(gè)含變長(zhǎng)度桿的四桿機(jī)構(gòu)。運(yùn)用Grashof定理，得到了PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)參數(shù)與Grashof區(qū)間的關(guān)系，即PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)的桿長(zhǎng)參數(shù)與曲柄存在的關(guān)系。最后根據(jù)機(jī)構(gòu)的裝配關(guān)系，推導(dǎo)出不同桿長(zhǎng)關(guān)系下的曲柄存在條件。該曲柄存在條件為平面三自由度PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化、工作空間計(jì)算、運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)的分析奠定基礎(chǔ)。 第三，利用矢量環(huán)路法建立PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解數(shù)學(xué)模型。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)學(xué)模型和混合驅(qū)動(dòng)PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)自身結(jié)構(gòu)約束特點(diǎn)，對(duì)該機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)合PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和尺寸優(yōu)化結(jié)果，求得其工作空間表達(dá)式。通過Matlab仿真求得PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)工作平臺(tái)中點(diǎn)的可達(dá)工作空間和有限靈巧工作空間。工作臺(tái)中點(diǎn)可達(dá)工作空間覆蓋兩個(gè)導(dǎo)軌間的所有區(qū)域，靈巧工作空間位于兩導(dǎo)軌之間，平臺(tái)可以以較靈活的姿態(tài)到達(dá)兩導(dǎo)軌間的有限靈巧工作空間區(qū)域。最后，以PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)操作平臺(tái)中點(diǎn)生成橢圓軌跡為例，對(duì)六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性進(jìn)行仿真，得到了平臺(tái)中點(diǎn)的速度變化規(guī)律、加速度變化規(guī)律以及平臺(tái)角速度和角加速度的變化規(guī)律。結(jié)果表明平面六桿操作平臺(tái)在完成橢圓軌跡時(shí)，速度平穩(wěn)波動(dòng)小，，角速度均勻，具有良好的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性為PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)走向?qū)嶋H應(yīng)用提供參考。 第四，利用PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)工作平臺(tái)中點(diǎn)生成心臟線（數(shù)學(xué)曲線）并檢驗(yàn)。首先通過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用Matlab求解生成心臟線軌跡時(shí)三個(gè)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，然后用Matlab中的曲線擬合工具對(duì)驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行擬合，得到驅(qū)動(dòng)規(guī)律的近似數(shù)學(xué)表達(dá)函數(shù)，最后將求解結(jié)果代入Pro/E軟件中進(jìn)行仿真驗(yàn)證。所求驅(qū)動(dòng)規(guī)律能夠生成預(yù)定的心臟線。 最后，運(yùn)用拉格朗日法建立了PRR-RRP型六桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，并通過質(zhì)量平衡法對(duì)六桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行優(yōu)化。首先對(duì)六桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的慣性力進(jìn)行分析，然后通過質(zhì)量平衡配重將六桿機(jī)構(gòu)的質(zhì)量都集中于與導(dǎo)軌相連接的滑塊上，使轉(zhuǎn)動(dòng)構(gòu)件的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減小從而改善六桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性。最后運(yùn)用Adams對(duì)六桿機(jī)構(gòu)平衡前后各個(gè)鉸鏈和驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行仿真并做出對(duì)比。結(jié)果表明通過質(zhì)量平衡配重，使得六桿機(jī)構(gòu)各鉸鏈和驅(qū)動(dòng)所受的力和力矩大幅度減小且變化平穩(wěn)，動(dòng)力學(xué)特性得到明顯的改善。
【關(guān)鍵詞】：混合驅(qū)動(dòng) 六桿機(jī)構(gòu) 工作空間 軌跡生成 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH112
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-19
• 1.1 選題背景、目的及意義12-13
• 1.1.1 選題背景12-13
• 1.1.2 課題研究目的和意義13
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析13-17
• 1.2.1 國外混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.2 國內(nèi)混合驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.3 國內(nèi)外混合驅(qū)動(dòng)研究現(xiàn)狀的分析16-17
• 1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 2 平面三自由度六桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型19-25
• 2.1 連桿類配19-20
• 2.2 六桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)型分析20-24
• 2.3 本章小結(jié)24-25
• 3 平面三自由度 PRR-RRP 型六桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件25-36
• 3.1 平面三自由度 PRR-RRP 型六桿機(jī)構(gòu)25-27
• 3.2 曲柄存在條件27-35
• 3.2.1 虛桿等效法27-28
• 3.2.2 六桿機(jī)構(gòu)的曲柄存在條件28
• 3.2.3 六桿機(jī)構(gòu) Grashof 區(qū)間的判定28-35
• 3.3 本章小結(jié)35-36
• 4 平面三自由度 PRR-RRP 型六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)研究36-51
• 4.1 六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的建立36-37
• 4.2 六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析37-41
• 4.2.1 位置正解37-38
• 4.2.2 速度正解38-39
• 4.2.3 加速度正解39-40
• 4.2.4 運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解40-41
• 4.3 六桿機(jī)構(gòu)的尺寸優(yōu)化41-44
• 4.3.1 問題描述41-42
• 4.3.2 優(yōu)化模型的建立與求解42-44
• 4.4 六桿機(jī)構(gòu)工作空間的分析44-48
• 4.4.1 工作空間數(shù)學(xué)模型的建立44-45
• 4.4.2 六桿機(jī)構(gòu)的可達(dá)工作空間的分析45
• 4.4.3 六桿機(jī)構(gòu)的有限靈巧工作空間分析45-48
• 4.5 六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真48-50
• 4.6 本章小結(jié)50-51
• 5 平面三自由度 PRR-RRP 型六桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的方法51-58
• 5.1 軌跡曲線的描述及數(shù)學(xué)表示51-52
• 5.2 六桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的方法與步驟52-57
• 5.2.1 六桿機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)和心臟線參數(shù)的選取52-53
• 5.2.2 驅(qū)動(dòng)規(guī)律的求解53-54
• 5.2.3 驅(qū)動(dòng)規(guī)律的函數(shù)擬合54-55
• 5.2.4 驅(qū)動(dòng)擬合函數(shù)的檢驗(yàn)55-57
• 5.2.5 六桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定軌跡的優(yōu)點(diǎn)57
• 5.3 本章小結(jié)57-58
• 6 平面三自由度 PRR-RRP 型六桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究及優(yōu)化58-75
• 6.1 六桿機(jī)構(gòu)力學(xué)模型的建立58-65
• 6.1.1 約束方程的推導(dǎo)59-60
• 6.1.2 系統(tǒng)動(dòng)能的計(jì)算60-62
• 6.1.3 建立系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程62-65
• 6.2 六桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)平衡優(yōu)化65-69
• 6.2.1 六桿機(jī)構(gòu)的慣性力分析66-68
• 6.2.2 六桿機(jī)構(gòu)的平衡配重68-69
• 6.3 六桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真及平衡優(yōu)化分析69-74
• 6.3.1 基于 Adams 的虛擬樣機(jī)的建立69-71
• 6.3.2 仿真結(jié)果的分析71-74
• 6.4 本章小結(jié)74-75
• 7 總結(jié)與展望75-78
• 7.1 總結(jié)75-76
• 7.2 展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-83
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文83-84
• 致謝84-85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：672686