一種三并聯(lián)萬向腕關(guān)節(jié)的理論研究.pdf

1、并聯(lián)機構(gòu)所具有的一系列優(yōu)點，如剛度高、承載能力強、動態(tài)性能好、速度快和結(jié)構(gòu)簡單等，引起了國際上的廣泛關(guān)注，并給予了大量的研究。它是機器人和數(shù)控機床發(fā)展進化的方向之一。然而，并聯(lián)機構(gòu)同時又受到數(shù)學(xué)模型復(fù)雜而難于實現(xiàn)快速的實時控制、機構(gòu)工作空間相對較小、鉸鏈自身存在間隙和接觸剛性差等問題的制約，使得大多數(shù)并聯(lián)機構(gòu)的研究都停留在原理樣機階段，難于實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。盡快解決應(yīng)用中所面臨的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)問題，在某些局部領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)并聯(lián)機構(gòu)應(yīng)用的突破并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)

2、化具有十分重要的意義。
　　 本文提出一種基于變型萬向節(jié)的三并聯(lián)萬向腕關(guān)節(jié)。它的機械結(jié)構(gòu)決定了其具有較大的工作擺角，并且末端執(zhí)行器(萬向節(jié)的輸出端)在自轉(zhuǎn)的同時可以靠兩個并聯(lián)桿驅(qū)動運動平臺而獲得所需的工作位姿。因此，本機構(gòu)既可以應(yīng)用于機器人的腕關(guān)節(jié)，又可以應(yīng)用于數(shù)控機床的工作頭。本機構(gòu)研究的目的就是針對目前阻礙并聯(lián)機構(gòu)廣泛應(yīng)用的一些關(guān)鍵問題，推出一種新型的并聯(lián)機構(gòu)進行理論和實驗研究，以尋求并聯(lián)機構(gòu)應(yīng)用的有效途徑，為并聯(lián)機床(機器

3、人)產(chǎn)品化提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)，推動制造裝備技術(shù)的發(fā)展。
　　 首先，本文通過查閱大量國內(nèi)、外相關(guān)文獻，對并聯(lián)機構(gòu)在國內(nèi)、外的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，優(yōu)缺點等進行了詳細的綜述。闡述了本課題的研究意義。
　　 其次，對本機構(gòu)進行了相關(guān)理論的研究。建立了機構(gòu)的矢量運動學(xué)模型，推導(dǎo)了機構(gòu)的雅可比矩陣，分析了機構(gòu)的輸入、輸出速度以及加速度關(guān)系，并且對并聯(lián)桿的速度、加速度進行了詳細分析；運用虛位移原理，建立了機構(gòu)靜力學(xué)模型，闡明了機構(gòu)外

4、力、驅(qū)動力以及自身重力之間的關(guān)系；運用拉格朗日方程，首次推導(dǎo)了機構(gòu)動力學(xué)模型；以機構(gòu)靜力學(xué)研究和剛度理論為基礎(chǔ)，首次推導(dǎo)了機構(gòu)靜剛度模型，得到機構(gòu)剛度矩陣，運用機構(gòu)剛度矩陣條件數(shù)，分析得到機構(gòu)的剛度性能；首次通過分析機構(gòu)質(zhì)量矩陣，研究機構(gòu)的動力學(xué)特性；首次通過分析重力系數(shù)，研究了機構(gòu)的重力特性。
　　 最后，還基于UG對機構(gòu)進行了三維實體模型設(shè)計、機構(gòu)三維運動仿真；基于MATLAB語言的機構(gòu)靜力學(xué)、靜剛度、機構(gòu)重力特性、機構(gòu)動力