一類含復(fù)合驅(qū)動(dòng)及約束分支少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論研究.pdf

1、少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有相對(duì)較高的剛度、較少的驅(qū)動(dòng)分支、較大的工作空間、較強(qiáng)的承載能力、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和容易控制等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)不同，少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中存在結(jié)構(gòu)上的約束，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)分支中產(chǎn)生了約束力旋量,即約束力/力矩。為確定機(jī)構(gòu)的應(yīng)力、精度和選擇適合的執(zhí)行器，必須解出機(jī)構(gòu)中的驅(qū)動(dòng)-約束力旋量。通過(guò)構(gòu)建復(fù)合驅(qū)動(dòng)分支來(lái)減少驅(qū)動(dòng)分支數(shù)量，合理布置分支和分配誤差，提高少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。剛度是并聯(lián)機(jī)構(gòu)重要的性能指標(biāo)之一，因此分析剛

2、度和變形對(duì)揭示少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)特性是非常重要的。
　　文中為確定少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的約束力旋量的位置并進(jìn)一步分析靜力學(xué)問(wèn)題，提出一種靜力學(xué)矢量分析方法?？偨Y(jié)21種含有線性或轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)分支，通過(guò)靜力學(xué)矢量分析來(lái)確定施加在各分支上的約束力旋量的位置。對(duì)可調(diào)式少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)分支進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)3種運(yùn)動(dòng)副間的轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)樣式的變換。通過(guò)推導(dǎo)和使用6×6的Jacobian矩陣和靜力學(xué)方程求解驅(qū)動(dòng)-約束力旋量。使用靜力學(xué)矢

3、量分析法求解3自由度的3-RRPRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)和4自由度的2-SPS+2-SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)-約束力旋量。
　　提出一種運(yùn)用CAD變量幾何求解含有SPR驅(qū)動(dòng)分支少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)-約束力的方法。以含有SPR驅(qū)動(dòng)分支的3-5自由度的3-SPR，2-SPS+2-SPR和4-SPS+SPR并聯(lián)機(jī)構(gòu)為例，首先構(gòu)建它們的運(yùn)動(dòng)模擬機(jī)構(gòu)，再進(jìn)一步構(gòu)建力學(xué)模擬機(jī)構(gòu)，使用CAD變量幾何方法求解其驅(qū)動(dòng)-約束力矩陣和驅(qū)動(dòng)-約束力。從而驗(yàn)證使用CAD

4、變量幾何方法在求解含有SPR驅(qū)動(dòng)分支的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)-約束力問(wèn)題上的可行性。
　　提出并構(gòu)建一種含有UPU復(fù)合驅(qū)動(dòng)分支的3分支5自由度2-SPS+UPU并聯(lián)機(jī)構(gòu)和一種含有PUP復(fù)合驅(qū)動(dòng)分支的3分支4自由度2-SPS+PUP并聯(lián)機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)地分析復(fù)合驅(qū)動(dòng)分支對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)和靜力學(xué)的影響。通過(guò)構(gòu)建UPU和PUP復(fù)合驅(qū)動(dòng)分支來(lái)提高少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度?？紤]約束力旋量推導(dǎo)6?6Jacobian矩陣和6階6?6Hessian矩陣，建立位移、速

5、度、加速度模型并進(jìn)行了靜力學(xué)分析。對(duì)這兩種并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析,比較解析結(jié)果和運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果。
　　以驅(qū)動(dòng)-約束力旋量為基礎(chǔ)，求解3-SPS+UP和3-UPS+RRPR少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中驅(qū)動(dòng)/約束分支的彈性變形，并推導(dǎo)驅(qū)動(dòng)/約束分支的伴隨矩陣。以驅(qū)動(dòng)/約束分支的6×6的Jacobian矩陣和伴隨矩陣為基礎(chǔ)，求解這兩種并聯(lián)機(jī)構(gòu)的總剛度和彈性變形。建立兩種并聯(lián)機(jī)構(gòu)的有限元仿真模型，分析并比較機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)中心的彈性變形的解析結(jié)果與有限元