6-PSS并聯(lián)機床運動學(xué)設(shè)計理論與方法.pdf

1、天津大學(xué)博士學(xué)位論文6-PSS并聯(lián)機床運動學(xué)設(shè)計理論與方法姓名：姜兵申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：機械制造及其自動化指導(dǎo)教師：黃田2000.1.1A b s t r a c tI t i sw a t la c c e p t e dt h a tl h e6 一P S Sp a r a J t e Jm a c h i n e t o o th a sm a n y i n h e r e n ta d v a n t a g e so v

2、 e rt h eh e x a p o d - b a s e dp a r a l l e lm a c h i n e t o o l su s i n gG o u g h - S t e w a dp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e —T h e s e a d v a n t a g e si n c l u d e w e l l ·s h a p e dw o r k

3、s p a c e ，l a r g e r w o r k s p a c e ／m a c h i n ev o l u m e r a t i o ·c o m p l e t e l yi d e n t i c a l k i n e m a t i cb e h a v i o ri n a n ya r b i t r a r y c r o s s s e c t i o n o ft h ew o r k s

4、 p a c e ，T h e r e f o r e i ti sc r u c i a l l ys i g n i f i c a n t t oi n v e s t i g a t et h e 6 - P S S a r c h i t e c t u r eW i t h t h e a i do f d i f i e r e n t i a l g e o m e t r y ，k i n e m a t i c s

5、，s e t t h e o r y a s w e l la s l i n e a r a l g e b r a ，t h i sd i s s e r t a t i o nd e a l sw i t hs o m e k e yi s s u e sr e l e v a n tt ot h ek i n e m a t i c sd e s i g no f6 - P S S p a r a l l e lm a c h

6、i n e t o o l s ．T h ef o I i o w i n gc r e a t i v ew o 嫩h a s b e e nc o m p l e t e doI n t h ea s p e mo fw o r k s p a c ed e f i n i t i o n ，t h ed e f t n i t i o n o fm i n i m a fr e a c h a b l ey a wa n g l

7、e ，p o s i t i o n —o r i e n t a t i o n w o r k s p a c a 。p o s i t i o n w o r k s p a c e a n d o r i e n t a t i o n w o f k s p a c e a r eI n t r o d u c e d ．M o r e o v e r ．a(chǎn)c y l i n d r i c a l —s h a p e dp

8、 r e s c r i b e dw o r k s p a c e a s s o c i a t e dw i t ha g t v e nm i n i m a l r e a c h a b l ey a w a n g t e i sd e f i n e db a s e d o na f u l lu n d e r s t a n d i n g o f t h e g e o m e t d c a {c h a r

9、 a c t e r i s t i c so fw o r k s ；p a c eb o u n d a r y ．T h e s e d e f ／n i t J o n sa r ep a r t i c u l a d y s u i t a b l ef o rN Cm a c h i n i n g ．口l n t h ea s p e c t o f w o r k s p a c e a n a l y s i s ，

10、t h e a n a l y t i c a lm o d e l o fr e a c h a b l e w o r k s p a c e a n d i t sp r e s c r i b e d w o r k s ∞c e a r e d e v e l o p e db yt h e m e a n so f a l g e b r a i c g e o m e t r y ．H a v i n gd e v e l

11、 o p e d t h e o 娃h o g o n a lc o n d i t i o no f t h er e l a t i v ev e l o c i t y ( a n g u l a r v e l o c i t y ) b e t w e e n t w ol o i n t e dm o v i n g p a d s ，t h e c l o s e d f O m l s o l u t i o nt ot

12、 h e o r i e n t a t i o n w o r k s p a e e } s g e n e r a t e d b ya s s u m i n gt h a t t h eo p e nl c o p k i n e m a t i cc h a i n ( o P K C ) c a nb ev i s u a l i z e d a sa s p a t i a lm e c h a n i s m a s

13、t h er e f e r e n c e p o i n t i st e m p o r a l t y f i x e d } n s p a c e ．T h e a p p r e a c h l of o r m u l a t et h ec l o s e df o n l ls o l u t i o nt ot h ep c s i t i o nw o r k s p a c eo fO P K C i s d

14、e v e l o p e db ym e a n s o fd i f f e r e n t i a Ig e o m e { 搿．牲i si n d i c a t e d t h a tt h e w o r k s p a c e b o u n d a r y ，i nf a c t ，j st h ee n v e l o ps u r f a c ew h i c hi sg e n e r a t e db yaf a

15、 m i t yo fs p h e d c a l ( c y t i n d d c a t ) s u r f a c e s ．mf a 醛．t h e r ee x i 鞋st h ed u B { t 村b e t w e e nt h eo r i e n t a t i o nw o r k s p a c ea n d p o s i t i o nw o r k s p a c e ，a n dt h e i rf

16、i n e } e x p r e s s i o n s a r ef i r s t l yp r o v e d t h o r o u g h l y l d e n t i c a l ．口l n t h e a s p e c - to f w o r k s p a c e s y n t h e s i s 。o n t h eb a s i s d i f f e r e n t i a lg e o m e t r

17、y a n d g e o m e t d c a lc h a r a c I e n s t l c s 。t h ea n a l y f i c a la p p m a c h t od e t e r m i n et h er a n g eo f t h ei o i n t sv a r i a b l e so f8 一P S Sp a r a l l e lm a c h i n et o o l si sd e

18、r i v e df o rt h ef i r s t t i m e ．T h i se n a b l e st h ec l o s e df o r ms o l u t i o nt o t h e r a n g e o f t h e { o i n t s v a r i a b l e s t ob e a c h i e v e d f o r a l i a w i n g t h e m o b i l e p

19、 l a t f o r mt o m o v e w i t h i nt h ep i e s c r i b e dw o r k s p e c e ．T h e c l o s e df o r ms o l u t i o nt ot h ec o n d i t i o nt 3 u m h e ro fJ a c o b i a nm a t r i xi nt h ej n i t i a l c o n f i g

20、u r ei S f o r m u l a t e d ．牲i sp r o v e dt h a tt h ec o n d i t i o nn u m b e r i st h eo n l ys u i t a b l el a c e ll n d e xo fd e x t e f i t y 。Hi s a l s od i s c o v e r e dt h a to p t i m a l l o c a l d

21、e x t e d t y c a n n o t r e p r e s e n to p t i m e lg l o b e f d e x t e r i t y 。A c c o r d i n g t o t h ed e c i s i o n t h e o 吖，a n o v e l a n d e 仟e c l i v e i n d e x f o r e v a l u a t i n g t h e g l o

22、 b e l d e x t e d t y l sf o r m u l a l e d ．8 a s o do nt h ea b o v eb a s i s ．t h ei n d e x e sa n da p p r o a c h e so ft h e 堪i m e n s i o ns y n t h e s i s { n t e r m s o f d e x t e r i t y ．w o r k s p a

23、c ea n d s t r u tI n t e r f e r e n c ea r e p u t f o P H a r d t od e s i g nt h e m a c h i n e t o o l s s u c c e s s f u l l y 。T h e s e r e s e a r c h e s s o l v e t h e i n h e r e n t p r o b l e m o fw o r

24、 k s p a c e s y n t h e s i s 。U 翔i s d i s s e r t a t i o nh a sI a i d as o l i d 幻u n d a t i o nt of o r mt h ec o m p l e t e l yt h e o r e t i c a ls y s t e md e a l i n gw i t hl s s u e sl n v o l v e dl nw o

25、 r k s p a c ea n a l y s i sa n dd i m e n s i o ns y n t h e s i sf o r6 - P S Sp a r a l l e lm a c h i n e t 0 0 1 ．w h i c h w i n b e b e n e f i c i a ff o ra t h e r a r c h i t e c t U r e S ．K e y w o r d s ：P

26、a r a l l e l m a c h i n e t o o l s ．P a r a l l e tm a n i p u l a t o r s ，K i n e m a t i c s ，S e t t h e o r y ．W o r k s p a c ea n a l y s i s a n d s y n t h e s i s ，d i f f e r e n t i a l g e o m e t r y ，D