3-RCU型并聯(lián)機構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化及運動特性分析.pdf

1、并聯(lián)機構(gòu)是機構(gòu)學(xué)方向的熱點課題之一。它在醫(yī)療科學(xué)、生物、航天航空等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。本文的研究對象是3-RCU型并聯(lián)機構(gòu)，該機構(gòu)由三條完全相同的RCU支鏈構(gòu)成，它在空間中能實現(xiàn)三個方向的運動。本文主要分析了該研究對象的運動學(xué)和微運動學(xué)、奇異位形、工作空間、可視化運動仿真和其控制系統(tǒng)的設(shè)計。
　　利用傳統(tǒng)的計算空間并聯(lián)機構(gòu)自由度的方法和螺旋的方法分別計算了該研究對象的自由度，兩種方法得出的結(jié)果都是該研究對象有三個自由度，驗證了

2、所用方法的正確性。基于螺旋理論對該研究對象的運動情況進行了分析，得出該研究對象有一個沿Z軸方向的移動。分別建立該研究對象的驅(qū)動模型和約束模型，得到能反映出該研究對象輸入到輸出之間位置關(guān)系的驅(qū)動方程和約束方程。采用微分近似的算法對該研究對象的微分運動學(xué)進行了分析，得到該研究對象在微動情況下輸入和輸出之間的映射關(guān)系。
　　計算出該研究對象的約束雅可比矩陣、運動雅克比矩陣和整體雅克比矩陣，基于奇異位形的判斷準(zhǔn)則分析了該研究對象處于約束奇

3、異和運動奇異的條件和種類。得出在以該研究對象圓柱副中的移動副為主動副時，發(fā)生約束奇異有4種情況，發(fā)生運動奇異有25種情況。
　　通過對該研究對象建立模擬框圖，輸入適當(dāng)?shù)尿?qū)動參數(shù)，對其進行模擬，并編寫程序收集該研究對象動平臺中心點經(jīng)過的所有點的集合，使這些點在同一個三維坐標(biāo)系中顯示出來，分析了該研究對象尺寸優(yōu)化前后所得工作空間點集圖的情況。得出在尺寸優(yōu)化前所得的工作空間點集圖比較零散，跳躍幅度大，尺寸優(yōu)化后所得的工作空間點集圖比較密

4、集。
　　利用Simmechanics對該研究對象進行可視化運動仿真，驗證了之前分析的運動結(jié)果的正確性，檢驗了該研究對象能正常運動，并且各個支鏈之間不會發(fā)生干涉現(xiàn)象。利用Matlab軟件對該研究對象進行控制系統(tǒng)設(shè)計，通過添加PID控制并對其參數(shù)進行適當(dāng)調(diào)適。得到增加KP的值和減小KI的值時，對該控制系統(tǒng)的不同影響效果。并以控制效果比較好的位置變化圖作為該研究對象動平臺的位置跟蹤圖。
　　本文的研究工作有助于該研究對象的動力學(xué)