一類帶有導(dǎo)向裝置的并聯(lián)機(jī)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、——查鯊叁堂!妻堂笪笙苧。——摘要本文密切結(jié)合開發(fā)新一代數(shù)控加工設(shè)備的需要，以機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)、優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)為工具，系統(tǒng)地研究了一類帶有導(dǎo)向裝置的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、運(yùn)動學(xué)分析與尺度綜合、剛體動力學(xué)建模以及靜剛度預(yù)估方法，1取得了如F創(chuàng)造性成果：口從自由度分析入手，系統(tǒng)研究了一類具有導(dǎo)向裝置的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的組成原理，從驅(qū)動形式、運(yùn)動副組合、及自由度約束出發(fā)綜合出一類具有實(shí)用價(jià)值的新構(gòu)型?？谝詭в袑?dǎo)向裝置的3PTs(RRP)并聯(lián)

2、機(jī)構(gòu)為特定研究對象，引入一組動歐拉角描述動平臺的姿態(tài)，并針對該類機(jī)構(gòu)動平臺位置可控而姿態(tài)從動的特點(diǎn)，建立了動平臺線速度、角速度以及加速度問的對應(yīng)關(guān)系，為這類機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。口建立了速度、承載力和靜剛度映射模型，構(gòu)造出基于雅可比矩陣條件數(shù)的全域操作性能評價(jià)指標(biāo)和尺度綜合模型，并將機(jī)構(gòu)尺度綜合問題歸結(jié)為一類一維尋優(yōu)問題?？诓捎锰摴υ斫⒘?一PTs、(RRP)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的逆動力學(xué)模型。針對系統(tǒng)慣性耦合的特點(diǎn)，利用奇異值和

3、二次型理論提出一種估算折算到關(guān)節(jié)空間慣性負(fù)載，進(jìn)而確定伺服電機(jī)參數(shù)的方法?？谔岢鲆环N整機(jī)靜剛度預(yù)估方法。該方法將原機(jī)構(gòu)分為若干個子系統(tǒng)，在建立各自靜剛度模型的基礎(chǔ)上，借助線性疊加原理建立了整機(jī)木端剛度的解析模型。利用奇異值分解理論導(dǎo)出了各彈性構(gòu)件的靜柔度影響系數(shù)，并詳細(xì)討論了鉸鏈、軸承和支鏈等零部件對末端剛度的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，提出在滿足給定剛度約束F以支鏈和導(dǎo)向桿質(zhì)量最小為目標(biāo)的靜剛度設(shè)計(jì)方法，進(jìn)而為樣機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

4、口本文研究成果初步形成了3PTs(RRP)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)設(shè)計(jì)理論體系，并對類似并聯(lián)機(jī)構(gòu)的相關(guān)研究提供了有益的借鑒。、關(guān)鍵詞：并聯(lián)機(jī)床，并聯(lián)機(jī)器人操作機(jī)，型數(shù)綜合，動力學(xué)，靜剛度盔鯊叁堂墮：!：生堡苧一一——第一章緒論11課題的研究意義近年來，為了提高對生產(chǎn)環(huán)境的適應(yīng)性，滿足快速多變的市場需求，全球機(jī)床制造業(yè)都在積極探索和研制新型多功能的制造裝備與系統(tǒng)。在此期間，以電主軸和直線電機(jī)的應(yīng)用為特征的高速加工進(jìn)一步向縱深發(fā)展，五軸聯(lián)動

5、加工在市場上占據(jù)了更大的份額，數(shù)控加工快速走向了提高機(jī)床生產(chǎn)率的網(wǎng)絡(luò)化。而其中在結(jié)構(gòu)技術(shù)上的突破性進(jìn)展當(dāng)屬九十年代問世的并聯(lián)機(jī)床。并聯(lián)機(jī)床實(shí)質(zhì)上是機(jī)器人技術(shù)與機(jī)床結(jié)構(gòu)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其原型是并聯(lián)機(jī)器人操作機(jī)。在1994年芝加哥國際機(jī)床博覽會上(IMTs。94)，美國Giddings&Lewis公司和英國Geodetjc公司首次展出了稱為“變異型”(、，ARfAx)和“六足蟲”(Hexapods)的數(shù)控機(jī)床和加工中心，被業(yè)界稱譽(yù)為“機(jī)床結(jié)

6、構(gòu)的重大革命”。并聯(lián)機(jī)床允許以模塊化的構(gòu)造方法實(shí)現(xiàn)，采用相似的驅(qū)動元件以及通用部件可顯著降低制造成本、提高成組性。因此并聯(lián)機(jī)床很可能成為適應(yīng)靈活多變生產(chǎn)環(huán)境的新一代高速、高柔性、商經(jīng)濟(jì)性的數(shù)控加工裝備。以此為開端，國際學(xué)術(shù)界和工程界對研究與開發(fā)并聯(lián)機(jī)床紛紛投入大量的人力物力，相繼推出結(jié)構(gòu)多樣的產(chǎn)品化樣機(jī)。然而，時至今日，這兩家聞名的丌路先鋒在展出一次或兩次后便銷聲匿跡。其原因在于，以stewan平臺為原型的六自由度純并聯(lián)機(jī)床在理論和實(shí)踐

7、上有一系列難題在短期內(nèi)難以解決，這包括：口工作空間中運(yùn)動學(xué)性能指標(biāo)差異大。在并聯(lián)機(jī)構(gòu)的研究中通常采用基于雅可比矩陣條件數(shù)構(gòu)成的靈活度指標(biāo)評價(jià)并聯(lián)機(jī)床速度傳遞特性和剛度特性。純六自由度并聯(lián)機(jī)床工作空間中的靈活度變化很大，這種差異影響到驅(qū)動伺服系統(tǒng)的閉環(huán)特性，會出現(xiàn)例如滯后、分辨率低等問題；口運(yùn)動學(xué)正解求解困難。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)逆解相對簡單，而運(yùn)動學(xué)』下解的研究具有相當(dāng)難度、不存在唯一解，且目前所得到的模型求解效率低。這使得對運(yùn)動進(jìn)行閉環(huán)控