3T1R并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與尺度優(yōu)化.pdf

1、少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)憑借其自身構(gòu)造簡(jiǎn)單，驅(qū)動(dòng)數(shù)目少，制造成本低等優(yōu)勢(shì)一直是近年來并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)的研究熱點(diǎn)。少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，尤其是末端操縱器具有空間3移動(dòng)自由度和1轉(zhuǎn)動(dòng)自由度(3T1R)的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在工業(yè)制造領(lǐng)域具備愈來愈廣闊的應(yīng)用前景。本文提出一種3T1R并聯(lián)機(jī)構(gòu)——2-（RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，性能分析，尺度優(yōu)化以及剛度分析。文章的主要內(nèi)容可以分為以下幾部分:
　　在SolidWorks制圖軟件中對(duì)2-(RRR)

2、2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)建立三維虛擬模型，繪制相關(guān)桿件并正確約束機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)部件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。建立合理的固定坐標(biāo)系并定義相關(guān)桿件參數(shù)變量。以螺旋理論為數(shù)學(xué)工具，計(jì)算求解得到機(jī)構(gòu)末端操縱器的自由度數(shù)目以及自由度類型。所得出的結(jié)果表明:2-(RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)末端具有預(yù)期的3移動(dòng)自由度和1轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
　　求解2-（RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)正解表達(dá)式、反解表達(dá)式。通過觀察機(jī)構(gòu)每根分支內(nèi)桿件之間的空間幾何關(guān)系，建立閉環(huán)矢量方程。求解閉環(huán)矢量方程組

3、，整理得到機(jī)構(gòu)正解解析式和反解解析式。利用數(shù)值算例來檢驗(yàn)所得2-(RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)反解的解析式的正確性。對(duì)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的反解解析式求全微分能夠得到對(duì)應(yīng)的速度方程以及機(jī)構(gòu)雅可比矩陣?；跈C(jī)構(gòu)的雅可比矩陣，能夠找出2-(RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)奇異發(fā)生的條件以及相應(yīng)位形。
　　給定2-（RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)內(nèi)各桿件的長度參數(shù)，限定4個(gè)驅(qū)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍來避免奇異位形，通過Matlab軟件迭代算法求出機(jī)構(gòu)末端操縱器能夠達(dá)到所有空間點(diǎn)

4、的集合，由此得出2-(RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)末端動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)的可達(dá)工作空間。模擬機(jī)構(gòu)末端操作器在可達(dá)工作空間內(nèi)沿著特定螺旋線勻速運(yùn)動(dòng)，并應(yīng)用SolidWorks軟件的Motion插件進(jìn)行模擬運(yùn)動(dòng)仿真。通過該仿真結(jié)果能進(jìn)一步支撐前文所得機(jī)構(gòu)反解表達(dá)式的正確性。
　　采用目前被廣泛接受的雅可比矩陣條件數(shù)作為2-(RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過對(duì)2-(RRR)2RH并聯(lián)機(jī)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行無參數(shù)優(yōu)化，使所有可行的優(yōu)化結(jié)果都以圖譜形式