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可调机构的分析与综合研究

作　者: 肖鹏
导　师: 王进戈
学　校: 西华大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 可调机构分析与综合虚拟样机仿真
分类号: TH112
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

多杆开链式机器人仅用于有限个相似任务，其灵活性没有得到充分发挥且维护费用较大。另一方面，传统的自动化机构在结构上相对简单，但缺乏灵活性，即使是任务改变得很小，也必须重新设计机构。可调机构是指其某些机构尺寸和/或位置连续调节或手动调节，以实现输出多个任务的机构。它结合了前两者的优点而克服了它们的不足，在生产实践中逐渐获得应用。在自动化生产中，往往要求机器实现几个可供选择的任务，以便机器具有较广的适用性。在这种情况下，可调机构就比机器人有更多的优点，比如可靠性高、精确度好、容易操作和维修、以及能量消耗少等。这些特性使得可调机构具有了广阔的应用前景。本文分别对空间四杆机构和球面五杆机构进行了综合分析研究及对固定平台可调并联机构的运动学和动力学仿真问题进行了系统的研究。提出了可调节型空间RRSS机构刚体导引综合的方法，分杆组分任务独立求解导出了相应综合方程，其中R-R杆组综合时运用了共面和反位移原理，简化了求解的复杂度。通过调节机构部分参数可实现多任务刚体导引综合，给定了任务与最大精确导引位置数之间的关系。运用混沌分形方法求出了综合方程组全部解，并给出了一个数字实例。建立了球面五杆机构的运动学数学模型，根据机构位置正反解分析了机构的各种可能构型，推导出了球面五杆机构的雅可比矩阵，并据此分析讨论了机构的运动奇异性。对球面五杆机构的连杆点进行了位置分析，借助于计算机机构仿真的方法，研究了双曲柄球面五杆机构的连杆曲线随机构参数改变而变化的规律。应用Pro/E软件，建立了固定平台可调2-RPS-2-SPS并联机床的虚拟样机模型，对样机模型进行了运动学、动力学和干涉检查的虚拟仿真，绘出了机构运动学和动力学的变化规律曲线，验证了Pro/E仿真分析的有效性。

全文目录

中文摘要  2-4
Abstract  4-12
第1章绪论  12-17
  1.1 课题的来源及意义  12-13
    1.1.1 课题来源  12
    1.1.2 可调机构的研究目的和意义  12-13
  1.2 国内外的研究现状  13-15
    1.2.1 基本概念  13-14
    1.2.2 可调机构的研究现状及发展趋势  14-15
  1.3 本文的主要研究内容  15-17
第2章基础知识  17-27
  2.1 空间机构的组成元素与自由度  17-18
  2.2 位移矩阵法  18-20
    2.2.1 空间旋转矩阵的表示  18-19
    2.2.2 空间位移矩阵的表示  19-20
  2.3 坐标变换  20-21
    2.3.1 平移坐标变换  20
    2.3.2 旋转坐标变换  20
    2.3.3 复合变换  20-21
    2.3.4 齐次变换  21
  2.4 解非线性方程(组)的牛顿迭代-混沌优化算法  21-23
    2.4.1 牛顿选代法  21-22
    2.4.2 Julia集  22
    2.4.3 非线性方程组的混沌求解方法  22-23
  2.5 MATHEMATICA简介  23-24
  2.6 虚拟设计  24-26
    2.6.1 虚拟样机技术  24-25
    2.6.2 Pro/E虚拟设计  25-26
  2.7 本章小结  26-27
第3章空间RRSS可调机构导引综合的研究  27-37
  3.1 引言  27
  3.2 空间刚体导引综合概述  27-28
  3.3 空间RRSS机构综合约束方程  28-31
    3.3.1 R-R杆组约束方程  28-30
    3.3.2 S-S杆组约束方程  30
    3.3.3 附加约束方程  30-31
  3.4 任务、最大精确点数、任选变量数之间的关系  31-32
  3.5 基于混沌分形的非线性方程组的求解方法  32-33
  3.6 数字实例  33-36
    3.6.1 初始机构的综合结果  34-35
    3.6.2 机构调节后的综合结果  35-36
  3.7 本章小结  36-37
第4章球面五杆机构运动性能分析  37-48
  4.1 引言  37
  4.2 机构模型及其约束方程的建立  37-39
  4.3 机构运动学分析  39-42
    4.3.1 球面5R机构的位置反解  39-40
    4.3.2 球面5R机构的位置正解  40-42
  4.4 机构奇异性分析分析  42-44
    4.4.1 雅可比矩阵  42-43
    4.4.2 奇异分析  43-44
  4.5 连杆点P的轨迹曲线分析  44-47
    4.5.1 机构连杆点P的位置分析  44-45
    4.5.2 机构连杆点P的轨迹曲线变化规律分析  45-47
  4.6 本章小结  47-48
第5章固定平台可调2-RPS-2-SPS并联机床的仿真分析  48-63
  5.1 前言  48-49
  5.2 并联机床结构  49-50
  5.3 结构的自由度  50
  5.4 坐标系的建立  50-52
  5.5 位置分析  52-54
    5.5.1 位置正解  52
    5.5.2 位置反解  52-54
  5.6 并联机床虚拟样机模型的建立  54-55
  5.7 虚拟仿真  55-62
    5.7.1 运动学仿真  55-59
    5.7.2 动力学仿真  59-61
    5.7.3 干涉校验  61-62
  5.8 本章小结  62-63
结论  63-64
参考文献  64-69
作者在攻读硕士学位期间科研成果  69-71
致谢  71

可调机构的分析与综合研究

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