少自由度并聯(lián)機床約束鏈的若干問題研究.pdf

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

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

3、以及關鍵技術的研究進展，指出少自由度并聯(lián)機器人理論及應用領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)機床的構型設計方法及其約束鏈配置，論述了并聯(lián)機床各分支鏈的運動約束對運動平臺自由度的影響，提出了主動鏈和約束鏈的概念。在此基礎上討論了如何根據(jù)并聯(lián)機床的自由度要求，確定約束鏈機構形式和各主動鏈運動副型式的問題。 (3)討論了各支鏈的自由度同關節(jié)自由度的關系，以及確定約束鏈機構和各主動

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

5、桿上的運動規(guī)律。通過虛擬樣機的運動仿真，對所規(guī)劃的運動軌跡進行了驗證。 (6)對3-TPT并聯(lián)機床的約束鏈——平行機構進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)機床性能及工作空間的影響；討論了平行機構的各桿長度尺寸設計應遵循的原則，指出了平行機構自身設計的缺陷及相應的解決辦法。 (7)建立了3-TPT并聯(lián)機床的動力學仿真模型，研究其運動規(guī)律及連桿驅動力與動平臺運動二者之間的定量變化關系。驗證了機床的主運動鏈和約束

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