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一种新型4-RPTR并联机构的运动学分析及仿真研究

作　者: 李永泉
导　师: 赵静一；张立杰
学　校: 燕山大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 并联机构 位置正解 工作空间 奇异位形 运动仿真
分类号: TH112.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 259次
引　用: 3次
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内容摘要


空间少自由度并联机器人机构和传统的六自由度并联机器人机构相比,具有结构简单,设计、制造和控制的成本都相对较低的特点。特别是具有分支完全相同的、结构对称、具有各向同性的对称少自由度并联机构更具应用潜力。但少自由度并联机构的研究进展很不平衡,其中二、三自由度并联机构的研究基本成熟,而四、五自由度并联机构的研究较复杂仍处于起步阶段,在一定程度上限制了该类并联机器人的发展和应用。 本文以 4-RPTR 四自由度并联机构为研究对象,进行机构的运动学分析。该机构能实现空间的三维移动和绕 Z 轴的转动,是一种很有应用前途的少自由度机构。 论文首先分析了机构的自由度和输入的合理性,针对机构的几何特点,建立了机构的约束方程,运用连续法对该机构的位置进行了求解,并进行了数值验证。 其次针对机构位置正解仅仅给出数据不直观的缺点,利用应用软件VB、AutoCAD、Matlab 混合编程,解决了机构位置正解可视化的问题,使设计者在很短的时间内就可以再现对应正解的机构位置简图。 利用机构的数学模型,运用解析法对机构的可达工作空间进行了分析,并绘制了特定尺寸下的工作空间的形状,给出了对应的工作空间的体积和截面面积数值。又根据机构的雅克比矩阵,对机构的奇异位形进行了分析。 运用虚拟机构法建立了机构的雅克比矩阵,并以此建立了机构的速度方程,绘制了在动平台匀速运动的情况下,机构的输入速度的变化规律曲线。 最后以 ADAMS 为平台,对机构进行了运动学仿真。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-11
第1章 绪论  11-19
  1.1 并联机器人及其应用概述  11-12
  1.2 并联机器人的研究现状  12-17
    1.2.1 国内并联机器人的研究现状  13-14
    1.2.2 国外并联机器人的研究现状  14-15
    1.2.3 少自由度并联机构的研究现状  15-17
  1.3 并联机器人研究展望  17-18
  1.4 论文选题意义和研究内容  18-19
第2章 4-RPTR 并联机器人的结构分析  19-27
  2.1 概述  19
  2.2 4-RPTR 并联机构模型的建立  19-20
  2.3 4-RPTR 并联机构模型自由度分析  20-21
  2.4 4-RPTR 并联机构的输入选取机构学合理性判别  21-24
    2.4.1 求约束反螺旋及其最大无关组  22
    2.4.2 求刚化输入约束反螺旋及其无关组  22-23
    2.4.3 输入的判别  23-24
  2.5 4-RPTR 并联机构数学模型的建立  24-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章 4-RPTR 并联机构的位置分析  27-42
  3.1 概述  27-28
  3.2 连续法基本理论  28-33
    3.2.1 连续法基本思想  28-30
    3.2.2 同伦路径跟踪  30-32
    3.2.3 算法  32-33
  3.3 4-RPTR 并联机构位置正解分析  33-36
    3.3.1 原始方程组的建立  33-34
    3.3.2 构造初始方程组  34
    3.3.3 建立系数同伦方程  34-36
  3.4 4-RPTR 并联机构位置反解分析  36-41
  3.5 本章小结  41-42
第4章 4-RPTR 并联机构位置正解的可视化  42-49
  4.1 概述  42
  4.2 VB 与 Matlab 的接口  42-44
  4.3 VB 与 AutoCAD 的接口  44-46
  4.4 4-RPTR 并联机构位置正解的可视化  46-48
  4.5 本章小结  48-49
第5章 4-RPTR 并联机构可达工作空间及奇异位形分析  49-59
  5.1 概述  49-50
  5.2 4-RPTR 并联机构可达工作空间的解析求解  50-54
  5.3 4-RPTR 并联机构奇异位形分析  54-58
    5.3.1 雅克比矩阵的建立  54-56
    5.3.2 4-RPTR 并联机构的边界奇异分析  56-58
    5.3.3 4-RPTR 并联机构的位形奇异分析  58
  5.4 本章小结  58-59
第6章 4-RPTR 并联机构速度分析  59-69
  6.1 概述  59
  6.2 一阶影响系数矩阵的建立  59-67
  6.3 4-RPTR 并联机构速度分析  67-68
  6.4 本章小结  68-69
第7章 4-RPTR 并联机构运动学仿真  69-78
  7.1 概述  69
  7.2 ADAMS 软件简介  69-72
  7.3 机构的三维建模  72-74
  7.4 设置建模基本环境  74-77
    7.4.1 基本环境  74
    7.4.2 几何属性和质量属性  74
    7.4.3 模型的构成及定义  74-77
  7.5 本章小结  77-78
结论  78-79
参考文献  79-85
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果  85-86
致谢  86-87
作者简介  87

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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 > 低付连杆机构
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