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一种基于三并联万向腕关节和二并联机构的混联机构的研究

作　者: 吴广磊
导　师: 邹平
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 混联机构 三并联万向腕关节 二并联平动机构 运动学 动力学 工作空间 奇异性 灵巧性
分类号: TH112
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


并联机构由于其本身具有的诸多优点,如刚度高、承载能力强、动态性能好、速度快和结构简单等,受到了国际学术界和工程界的广泛重视。并联机构的出现弥补了传统的串联机构固有的许多缺点,然而,并联机构本身同时又存在着工作空间相对较小、接触刚度小、运动耦合、数学模型相对复杂、控制困难等问题,使得并联机构的应用受到很大的制约。为有效解决这些问题,使并联机构真正走向实用化,在机构的构型设计上采用串并联复合结构和混联结构是比较好的方法。本文在基于已经成功研制的三并联万向腕关节和二并联平动机床的基础上,提出一种新型的串并联复合混联机构,并针对它的空间机构学理论进行了详细研究。在运动学分析方面,通过坐标转换建立了机构的位置分析逆解；利用微分和影响系数方法分别导出了两类机构的雅可比矩阵,并分别进行了速度、加速度正逆解分析以及在此基础上的运动仿真,分析了机构的输入、输出速度以及加速度关系,并且对并联杆的速度、加速度进行了详细分析；然后进一步推出整个混联机构的运动学模型。在动力学分析方面,在已经进行的运动学分析的基础上,建立了机构的动态静力解析方程；运用拉格朗日方程建立了机构的动力学模型,相应的进行了动力学仿真,分析了机构的动力学特性。在机构性能分析方面,推导出机构的工作空间轨迹方程,并进行了尺寸设计研究；通过判别机构的雅可比矩阵的特性分别讨论了两类机构的奇异性；通过引入雅可比矩阵的条件数作为性能评价指标,对机构的灵巧性进行了研究；对机构性能进行了仿真,使分析可视化。在机构设计方面,基于UG对机构进行了三维实体模型设计、机构三维运动仿真；分别对两类并联机构进行详细的结构设计,绘制机构二维装配图、零件图。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-20
  1.1 引言  10-12
  1.2 并联机床的发展  12-16
    1.2.1 国外并联机床的发展现状  12-14
    1.2.2 国内并联机床的发展现状  14-16
    1.2.3 并联机床的发展趋势  16
  1.3 并联机构的主要研究理论  16-18
    1.3.1 运动学分析  16-17
    1.3.2 动力学分析  17
    1.3.3 性能分析  17-18
    1.3.4 计算机仿真研究  18
  1.4 课题意义及主要内容  18-20
第2章 混联机构的运动学  20-44
  2.1 机构介绍  20-21
  2.2 机构的位置分析  21-25
    2.2.1 位置逆解  23-25
    2.2.2 末端执行器位置方程  25
  2.3 机构运动分析  25-43
    2.3.1 二并联平动机构运动分析  25-33
    2.3.2 三并联万向腕关节运动分析  33-41
    2.3.3 混联机构运动分析  41-43
  2.4 本章小结  43-44
第3章 混联机构的动力学  44-64
  3.1 动态静力分析  44-52
    3.1.1 动态静力解析方程  44-49
    3.1.2 基于simulink的动态仿真  49-52
  3.2 动力学模型  52-57
    3.2.1 机构构件的动能与势能  52-54
    3.2.2 系统的动力学方程  54-57
  3.3 动力学仿真  57-62
    3.3.1 基于Simulink的动力仿真  57-60
    3.3.2 结果分析  60-62
  3.4 本章小结  62-64
第4章 混联机构的运动性能  64-74
  4.1 工作空间  64-68
    4.1.1 机构最大工作空间  64-65
    4.1.2 二并联平动机构工作空间分析  65-67
    4.1.3 三并联万向腕关节工作空间分析  67-68
  4.2 奇异性  68-70
    4.2.1 二并联平动机构的奇异性  68-69
    4.2.2 三并联万向腕关节的奇异性  69-70
  4.3 灵巧性  70-73
    4.3.1 二并联平动机构的灵巧性  71-72
    4.3.2 三并联万向腕关节的灵巧性  72-73
  4.4 本章小结  73-74
第5章 结论与建议  74-75
  5.1 结论  74
  5.2 建议  74-75
参考文献  75-79
致谢  79-80
攻读硕士期间发表的论文  80

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械学（机械设计基础理论） > 机构学
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