少自由度并聯(lián)機(jī)床約束鏈的若干問題研究.pdf

1、并聯(lián)機(jī)床也稱之為并聯(lián)機(jī)器人機(jī)床，它是并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)在機(jī)床制造領(lǐng)域成功應(yīng)用的范例。自1994年9月GINNINGS&LEWIS公司在美國芝加哥國際展覽會上展出“VARIAS”樣機(jī)以來，它從一出現(xiàn)就受到國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。在短短的10多年時間里，人們對并聯(lián)機(jī)床的研究不斷向縱深發(fā)展。并聯(lián)機(jī)床技術(shù)已經(jīng)從理論研究走向?qū)嶋H應(yīng)用，而少自由度并聯(lián)機(jī)床是近年來并聯(lián)機(jī)床研究中的一個熱點(diǎn)問題。國內(nèi)外對少自由度并聯(lián)機(jī)床的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究，目前還很不充分。

2、 本文是在國家“八六三”高新技術(shù)計劃資助項(xiàng)目(863-512-30-07)——鋼坯修磨機(jī)器人技術(shù)開發(fā)、國家自然科學(xué)基金(59875012)——三桿五自由度機(jī)器人化機(jī)床理論及樣機(jī)研究等項(xiàng)目研究工作的基礎(chǔ)上，針對少自由度并聯(lián)機(jī)床的特點(diǎn)，就少自由度并聯(lián)機(jī)床的構(gòu)型設(shè)計、自由度配置、運(yùn)動軌跡規(guī)劃及仿真、動力學(xué)特性及動態(tài)仿真、靜力分析及仿真、靜剛度分析及仿真等方面進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究。 (1)綜述了少自由度并聯(lián)機(jī)床國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀，

3、以及關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展，指出少自由度并聯(lián)機(jī)器人理論及應(yīng)用領(lǐng)域有待深入開展的研究方向。闡明了本課題研究的目的及意義。 (2)研究了少自由度并聯(lián)機(jī)床的構(gòu)型設(shè)計方法及其約束鏈配置，論述了并聯(lián)機(jī)床各分支鏈的運(yùn)動約束對運(yùn)動平臺自由度的影響，提出了主動鏈和約束鏈的概念。在此基礎(chǔ)上討論了如何根據(jù)并聯(lián)機(jī)床的自由度要求，確定約束鏈機(jī)構(gòu)形式和各主動鏈運(yùn)動副型式的問題。 (3)討論了各支鏈的自由度同關(guān)節(jié)自由度的關(guān)系，以及確定約束鏈機(jī)構(gòu)和各主動

4、鏈分支桿的關(guān)節(jié)型式等問題，提出了少自由度并聯(lián)機(jī)床的自由度配置方法。 (4)對東北大學(xué)研制的3-TPT并聯(lián)機(jī)床，分析了其約束鏈對機(jī)床運(yùn)動及動力學(xué)特性的影響，并在ADAMS機(jī)械動力學(xué)仿真軟件上建立了仿真運(yùn)動模型。獲得了有關(guān)運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)特性曲線，為機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計和動力性能分析開辟了一條新路，解決了運(yùn)動可視化問題。 (5)對3-TPT并聯(lián)機(jī)床的運(yùn)動軌跡規(guī)劃問題進(jìn)行了研究，提出了移動平臺按預(yù)期運(yùn)動規(guī)律運(yùn)動時應(yīng)該施加在原動件—伸縮

5、桿上的運(yùn)動規(guī)律。通過虛擬樣機(jī)的運(yùn)動仿真，對所規(guī)劃的運(yùn)動軌跡進(jìn)行了驗(yàn)證。 (6)對3-TPT并聯(lián)機(jī)床的約束鏈——平行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了較為深入地研究，利用參數(shù)化方法研究了其對并聯(lián)機(jī)床性能及工作空間的影響；討論了平行機(jī)構(gòu)的各桿長度尺寸設(shè)計應(yīng)遵循的原則，指出了平行機(jī)構(gòu)自身設(shè)計的缺陷及相應(yīng)的解決辦法。 (7)建立了3-TPT并聯(lián)機(jī)床的動力學(xué)仿真模型，研究其運(yùn)動規(guī)律及連桿驅(qū)動力與動平臺運(yùn)動二者之間的定量變化關(guān)系。驗(yàn)證了機(jī)床的主運(yùn)動鏈和約束

6、鏈之間力的分配關(guān)系。進(jìn)行了正向動力學(xué)動態(tài)仿真，得到了機(jī)床的動平臺動力學(xué)性能變化曲線及相關(guān)規(guī)律。 (8)利用ANSYS有限元分析軟件建立了3-TPT并聯(lián)機(jī)床的靜力力學(xué)仿真模型，研究了不同位姿、工況下機(jī)床的受力、變形情況，得出機(jī)床的易損部件及其危險截面所在部位。 (9)建立了并聯(lián)機(jī)床的靜剛度的數(shù)學(xué)模型。利用ANSYS仿真分析方法，研究了3-TPT并聯(lián)機(jī)床在工作空間內(nèi)剛度變化規(guī)律，分析其各主要部件的性能對整機(jī)剛度影響。