并聯(lián)式變胞機(jī)構(gòu)構(gòu)態(tài)描述及其運(yùn)動(dòng)學(xué)性能研究.pdf

1、傳統(tǒng)的仿生關(guān)節(jié)常被設(shè)計(jì)成球形，具有3個(gè)空間轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在遇到外界較大沖擊時(shí)，均產(chǎn)生過球心的沖擊力，結(jié)構(gòu)容易遭到破壞和損傷，影響機(jī)構(gòu)正常的工作。本學(xué)位論文基于變胞原理，提出了一種可用于仿生關(guān)節(jié)的新型并聯(lián)式變胞機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有2個(gè)工作構(gòu)態(tài)，構(gòu)態(tài)1和構(gòu)態(tài)2。在構(gòu)態(tài)1下，機(jī)構(gòu)具有3個(gè)空間轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，等效于傳統(tǒng)球面仿生關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu);在構(gòu)態(tài)2下，機(jī)構(gòu)具有1個(gè)額外的沿徑向移動(dòng)自由度。當(dāng)遇到外界較大沖擊時(shí)，機(jī)構(gòu)通過改變自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)由構(gòu)態(tài)1向構(gòu)態(tài)2的切換，可

2、以緩沖吸振保護(hù)機(jī)構(gòu)。
　　基于螺旋理論，分析機(jī)構(gòu)在不同構(gòu)態(tài)下的冗余約束和公共約束，根據(jù)修正的自由度計(jì)算公式得到機(jī)構(gòu)不同構(gòu)態(tài)下的自由度數(shù)。根據(jù)機(jī)構(gòu)支鏈特殊位置關(guān)系，運(yùn)用矢量代數(shù)法構(gòu)建機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。在運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的基礎(chǔ)上求解機(jī)構(gòu)位置逆解解析解和位置正解數(shù)值解。通過對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程求導(dǎo)，得到機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)到動(dòng)平臺(tái)的速度映射模型和雅可比矩陣以及加速度模型，為運(yùn)動(dòng)學(xué)性能分析及優(yōu)化提供基礎(chǔ)。
　　在位置逆解的基礎(chǔ)上，運(yùn)用Matlab軟件搜索機(jī)

3、構(gòu)的工作空間，并繪制機(jī)構(gòu)工作空間全域性能圖譜。根據(jù)雅可比矩陣秩為零研究機(jī)構(gòu)的奇異位形，通過分析雅可比矩陣秩為零的情況，得到并聯(lián)式變胞機(jī)構(gòu)發(fā)生奇異位形的條件和種類。
　　給出并聯(lián)式變胞機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)的尺寸范圍，建立機(jī)構(gòu)的空間模型。在空間模型下定義機(jī)構(gòu)全域性能指標(biāo)，研究機(jī)構(gòu)速度指標(biāo)、承載力指標(biāo)、剛度指標(biāo)、靈巧度指標(biāo)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，繪制相應(yīng)的全域性能圖譜，根據(jù)全域性能圖譜對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定樣機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。
　　本論文的研究