少自由度并聯(lián)裝備構(gòu)型及約束鏈研究.pdf

1、并聯(lián)構(gòu)型制造裝備的結(jié)構(gòu)中包含一個或多個并聯(lián)機構(gòu)，是世界上近年來逐漸興起的一種新構(gòu)型制造裝備。與串聯(lián)構(gòu)型相比，并聯(lián)構(gòu)型具有剛度好、精度高、高速和高加速度等特點，在制造領(lǐng)域具有很廣泛的應(yīng)用前景。其中，少自由度并聯(lián)機構(gòu)已成為并聯(lián)構(gòu)型裝備發(fā)展的重要趨勢。 由于少自由度并聯(lián)機構(gòu)總體上具有比六自由度并聯(lián)機構(gòu)更復(fù)雜的運動特性，使少自由度并聯(lián)機構(gòu)機型匾乏。因此，研究少自由度并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計有著重要的理論意義和應(yīng)用價值。又因為約束鏈的結(jié)構(gòu)形式、

2、關(guān)節(jié)和自由度配置、精度和剛度等特性對并聯(lián)機構(gòu)性能有直接影響，所以對各類支鏈以及其運動特性等的研究勢在必行。 本文圍繞少自由度并聯(lián)機構(gòu)的構(gòu)型設(shè)計和約束鏈相關(guān)問題，在對并聯(lián)構(gòu)型裝備的發(fā)展趨勢進行充分分析的基礎(chǔ)上，在并聯(lián)機構(gòu)的型綜合方法、約束鏈的構(gòu)成與分類、不同約束鏈構(gòu)型的運動學、靜剛度、彈性動力學、精度與誤差等方面進行了比較深入的研究。 具體包括以下內(nèi)容： (1)研究了與并聯(lián)機構(gòu)密不可分的螺旋理論、拓撲結(jié)構(gòu)學和群論，

3、闡述了相關(guān)的基本概念、基本運算和基本準則，為進一步研究打下理論基礎(chǔ)。 (2)研究了現(xiàn)有并聯(lián)機構(gòu)型綜合的三種主要方法，包括螺旋約束綜合法，拓撲結(jié)構(gòu)綜合法和位移流型綜合法，詳盡地比較了這些型綜合方法的優(yōu)缺點，并在現(xiàn)有理論基礎(chǔ)上系統(tǒng)地提出添加約束綜合法。利用該方法擴展了若干并聯(lián)機構(gòu)新機型。 (3)運用添加約束綜合法，對九類少自由度并聯(lián)機構(gòu)作了較全面的型綜合，綜合出60多種實例，并對這些并聯(lián)機構(gòu)作了約束分析、自由度計算、約束度計

4、算和耦合度計算，并判斷了控制解耦性，對各類機構(gòu)作了構(gòu)型上和解耦性的比較，為機構(gòu)的優(yōu)選提供了依據(jù)。 (4)研究了主動鏈和約束鏈的構(gòu)成方法，系統(tǒng)地綜合出13種主動鏈類型，以及113種約束鏈，其中大多是新型約束鏈。并對其中的37個約束鏈按約束鏈所具有的自由度數(shù)排列，作了約束特性、自由度數(shù)、結(jié)構(gòu)要求等分析，最后應(yīng)用螺旋理論對12種典型約束鏈作了約束分析和計算。 (5)研究了不同約束鏈構(gòu)型的機構(gòu)運動學問題。對部分并聯(lián)機構(gòu)作了位置、

5、速度、工作空間和可操作度分析和計算，研究了機構(gòu)的解耦性、運動平穩(wěn)性、運動性能以及機構(gòu)的奇異性。并用ADAMS軟件對具有串聯(lián)式基本構(gòu)型、平行四邊形4R型，以及含有圓柱副C和虎克鉸T型約束鏈的并聯(lián)機構(gòu)進行運動學動態(tài)仿真。 (6)研究了不同約束鏈對并聯(lián)機構(gòu)剛度的影響，建立了考慮主動鏈以及考慮約束支鏈時的剛度數(shù)學模型，并利用大型通用有限元仿真軟件ANSYS對不同構(gòu)型機構(gòu)作了受力變形仿真和剛度計算，了解了并聯(lián)機構(gòu)在不同約束鏈下剛度變化的規(guī)