一類含復合驅(qū)動及約束分支少自由度并聯(lián)機構(gòu)理論研究.pdf

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

2、度和變形對揭示少自由度并聯(lián)機構(gòu)特性是非常重要的。
　　文中為確定少自由度并聯(lián)機構(gòu)的約束力旋量的位置并進一步分析靜力學問題，提出一種靜力學矢量分析方法?？偨Y(jié)21種含有線性或轉(zhuǎn)動驅(qū)動器的驅(qū)動分支，通過靜力學矢量分析來確定施加在各分支上的約束力旋量的位置。對可調(diào)式少自由度并聯(lián)機構(gòu)驅(qū)動分支進行設(shè)計，通過3種運動副間的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)少自由度并聯(lián)機構(gòu)樣式的變換。通過推導和使用6×6的Jacobian矩陣和靜力學方程求解驅(qū)動-約束力旋量。使用靜力學矢

3、量分析法求解3自由度的3-RRPRR并聯(lián)機構(gòu)和4自由度的2-SPS+2-SPR并聯(lián)機構(gòu)的驅(qū)動-約束力旋量。
　　提出一種運用CAD變量幾何求解含有SPR驅(qū)動分支少自由度并聯(lián)機構(gòu)的驅(qū)動-約束力的方法。以含有SPR驅(qū)動分支的3-5自由度的3-SPR，2-SPS+2-SPR和4-SPS+SPR并聯(lián)機構(gòu)為例，首先構(gòu)建它們的運動模擬機構(gòu)，再進一步構(gòu)建力學模擬機構(gòu)，使用CAD變量幾何方法求解其驅(qū)動-約束力矩陣和驅(qū)動-約束力。從而驗證使用CAD

4、變量幾何方法在求解含有SPR驅(qū)動分支的并聯(lián)機構(gòu)的驅(qū)動-約束力問題上的可行性。
　　提出并構(gòu)建一種含有UPU復合驅(qū)動分支的3分支5自由度2-SPS+UPU并聯(lián)機構(gòu)和一種含有PUP復合驅(qū)動分支的3分支4自由度2-SPS+PUP并聯(lián)機構(gòu)，系統(tǒng)地分析復合驅(qū)動分支對運動學和靜力學的影響。通過構(gòu)建UPU和PUP復合驅(qū)動分支來提高少自由度并聯(lián)機構(gòu)的運動精度?？紤]約束力旋量推導6?6Jacobian矩陣和6階6?6Hessian矩陣，建立位移、速

5、度、加速度模型并進行了靜力學分析。對這兩種并聯(lián)機構(gòu)進行運動仿真分析,比較解析結(jié)果和運動仿真結(jié)果。
　　以驅(qū)動-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)機構(gòu)中驅(qū)動/約束分支的彈性變形，并推導驅(qū)動/約束分支的伴隨矩陣。以驅(qū)動/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)機構(gòu)的總剛度和彈性變形。建立兩種并聯(lián)機構(gòu)的有限元仿真模型，分析并比較機構(gòu)動平臺中心的彈性變形的解析結(jié)果與有限元