3-RPR球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與剛度研究.pdf

1、球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)是動(dòng)平臺(tái)參考點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)范圍在固定球面上的一類特殊的空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它不但具有并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度大、精度高等性能優(yōu)點(diǎn)，還具有工作范圍大、不易干涉、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)單等性能優(yōu)點(diǎn)。基于球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)比較特殊的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和性能優(yōu)勢(shì)，目前主要應(yīng)用于微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床和天文設(shè)備的調(diào)節(jié)、定位裝置等。
　　本文主要研究3-RPR球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛度性能。首先基于螺旋理論對(duì)該機(jī)構(gòu)做了構(gòu)型分析。通過分析并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分支的運(yùn)動(dòng)螺旋

2、系和機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)螺旋系之間的關(guān)系分析了對(duì)稱三支鏈球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的構(gòu)型規(guī)律。然后利用運(yùn)動(dòng)副的演化導(dǎo)出3-RPR球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)型特點(diǎn)。用螺旋理論求出球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的階為3，對(duì)給出的模型應(yīng)用Kutzbach-Grvbler公式驗(yàn)證自由度為3。
　　其次，對(duì)3-RPR球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了研究。利用等效軸角原理和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣建立約束方程，求得機(jī)構(gòu)的位置正逆解，并分析了速度、加速度，得出了機(jī)構(gòu)的雅克比矩陣。在逆解的基礎(chǔ)上，使用數(shù)值法通過

3、MATLAB編程求得機(jī)構(gòu)的工作空間，并提出一種新的對(duì)給定的任意球面軌跡用機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的非參數(shù)化方法。
　　然后，分析了3-RPR球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)和剛度，在考慮動(dòng)平臺(tái)形變的情況下廣義利用應(yīng)變能和卡式定理，分別推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)中動(dòng)平臺(tái)、連桿、電機(jī)的柔度矩陣，并集中到一起求出了3-RPR球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)的剛度矩陣，提出了剛度評(píng)價(jià)指數(shù)KSI。最后，通過有限元的仿真分析得出機(jī)構(gòu)在極限位置所受應(yīng)力、產(chǎn)生應(yīng)變的最大值。
　　最后，利用 SolidW