發(fā)布時(shí)間：2020-07-20 19:41

【摘要】：并聯(lián)機(jī)構(gòu)因其所具備的高剛度、高精度、高承載性能及其結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn),近年來被廣泛的應(yīng)用于各大領(lǐng)域中,隨著在生產(chǎn)過程中對機(jī)器人的需求,運(yùn)動(dòng)速度快、減輕系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的質(zhì)量已成為并聯(lián)機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢。但高速、輕量化條件下運(yùn)動(dòng)的并聯(lián)機(jī)器人會由于各個(gè)支鏈的彈性變形以及連接構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)副存在間隙而引起系統(tǒng)的振動(dòng)從而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)誤差,降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性�；�于上述背景,本文對一種三平動(dòng)解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了彈性動(dòng)力學(xué)的綜合研究。首先,為研究支鏈柔性化對并聯(lián)機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)特性的影響,本文以3-CPaRR空間解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對象,通過該機(jī)構(gòu)各支鏈的空間位置關(guān)系及其機(jī)構(gòu)特性,建立了其運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系,并對該機(jī)構(gòu)的解耦特性進(jìn)行了證明;基于空間矩形梁單元模型、有限元理論和Lagrange方程,通過各支鏈間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)關(guān)系及動(dòng)力學(xué)約束條件分別建立了單支鏈柔性化條件下和三支鏈均柔性化條件下的3-CPaRR并聯(lián)機(jī)構(gòu)彈性動(dòng)力學(xué)模型,并對理論模型進(jìn)行了數(shù)值仿真,討論了不同條件下,系統(tǒng)動(dòng)平臺上的輸出運(yùn)動(dòng)規(guī)律;為驗(yàn)證理論建模的有效性,基于UG、Ansys和Adams軟件對3-CPaRR解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)展開了虛擬樣機(jī)仿真驗(yàn)證。其次,基于空間位置矢量模型,根據(jù)該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)特性,分別建立了含間隙轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)徑向和軸向的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并進(jìn)一步的建立了各支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)處含間隙的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型;基于Lankarani-Nikravesh接觸力模型和Coulomb摩擦力模型建立各支鏈轉(zhuǎn)動(dòng)副處存在關(guān)節(jié)間隙時(shí)的法向、切向力學(xué)模型,并將各被動(dòng)關(guān)節(jié)處由于間隙的存在而產(chǎn)生的力向驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)處進(jìn)行轉(zhuǎn)化,從而建立了含關(guān)節(jié)間隙的3-CPaRR解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)模型;最后通過實(shí)例分析討論了單支鏈柔性化條件下含間隙和三支鏈柔性化含間隙條件下以及不同的關(guān)節(jié)間隙量對該并聯(lián)機(jī)構(gòu)輸出運(yùn)動(dòng)特性的影響。最后,基于3-CPaRR解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的彈性動(dòng)力學(xué)方程,對組成系統(tǒng)支鏈的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析,并基于梁單元矩形截面模型,利用第四強(qiáng)度理論,對3-CPaRR解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)構(gòu)件動(dòng)應(yīng)力進(jìn)行了討論;基于系統(tǒng)彈性動(dòng)力學(xué)模型,通過該并聯(lián)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)特征方程,對系統(tǒng)的固有頻率及其影響因素進(jìn)行了分析,分別討論了組成系統(tǒng)支鏈構(gòu)件的物理及幾何參數(shù)與固有頻率之間的關(guān)系;基于上述對該并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的研究,采用粒子群優(yōu)化算法,對系統(tǒng)構(gòu)件的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,降低機(jī)構(gòu)的輸出運(yùn)動(dòng)誤差。
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TH112
【圖文】：

大國到制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，為此，中國提出“中國制造 2025”。其中智能制造已經(jīng)滲工業(yè)生產(chǎn)的日常中，工業(yè)機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中占有了不可或缺關(guān)鍵地位，人市場份額達(dá) 80%[1]，且在各個(gè)領(lǐng)域中都具有一定的應(yīng)用，目前，機(jī)器人技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)、軍事領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)、海洋漁業(yè)、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域[2]。其個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)已發(fā)展成為一門多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)行業(yè)。機(jī)器人技發(fā)展已經(jīng)成為一項(xiàng)衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的關(guān)鍵指標(biāo)，機(jī)器人技術(shù)的不僅從一定程度上解放了部分勞動(dòng)生產(chǎn)力，其更提高了國家工業(yè)科技水平的不僅帶動(dòng)了制造業(yè)和裝備業(yè)的發(fā)展，而且還代表著國家工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展水平[3]串聯(lián)機(jī)器人如圖 1-1 所示，其存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、負(fù)載低、重復(fù)精度低等缺點(diǎn)，大與誤差累積原理導(dǎo)致其難以實(shí)現(xiàn)高精度的作業(yè)。并聯(lián)機(jī)器人如圖 1-2 所示，比，其具有較多的一些優(yōu)點(diǎn)，如機(jī)構(gòu)剛度大、工作過程中承受外部載荷的能力較結(jié)果的累積誤差相對較小等[4]。并聯(lián)機(jī)器人因其支鏈結(jié)構(gòu)多空間閉環(huán)布置，其相對較多，且組成系統(tǒng)的各條支鏈之間相互耦合，從而使并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生形變，導(dǎo)致系統(tǒng)的控制和機(jī)構(gòu)末端輸出的動(dòng)態(tài)特性發(fā)生不等問題[5]。

大國到制造強(qiáng)國轉(zhuǎn)變，為此，中國提出“中國制造 2025”。其中智能制造已經(jīng)滲工業(yè)生產(chǎn)的日常中，工業(yè)機(jī)器人在智能制造領(lǐng)域中占有了不可或缺關(guān)鍵地位，人市場份額達(dá) 80%[1]，且在各個(gè)領(lǐng)域中都具有一定的應(yīng)用，目前，機(jī)器人技術(shù)及工業(yè)生產(chǎn)、軍事領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)、海洋漁業(yè)、服務(wù)業(yè)等領(lǐng)域[2]。其個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，現(xiàn)已發(fā)展成為一門多學(xué)科交叉的綜合技術(shù)行業(yè)。機(jī)器人技發(fā)展已經(jīng)成為一項(xiàng)衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的關(guān)鍵指標(biāo)，機(jī)器人技術(shù)的不僅從一定程度上解放了部分勞動(dòng)生產(chǎn)力，其更提高了國家工業(yè)科技水平的不僅帶動(dòng)了制造業(yè)和裝備業(yè)的發(fā)展，而且還代表著國家工業(yè)自動(dòng)化發(fā)展水平[3]串聯(lián)機(jī)器人如圖 1-1 所示，其存在轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、負(fù)載低、重復(fù)精度低等缺點(diǎn)，大與誤差累積原理導(dǎo)致其難以實(shí)現(xiàn)高精度的作業(yè)。并聯(lián)機(jī)器人如圖 1-2 所示，比，其具有較多的一些優(yōu)點(diǎn)，如機(jī)構(gòu)剛度大、工作過程中承受外部載荷的能力較結(jié)果的累積誤差相對較小等[4]。并聯(lián)機(jī)器人因其支鏈結(jié)構(gòu)多空間閉環(huán)布置，其相對較多，且組成系統(tǒng)的各條支鏈之間相互耦合，從而使并聯(lián)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程整個(gè)系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生形變，導(dǎo)致系統(tǒng)的控制和機(jī)構(gòu)末端輸出的動(dòng)態(tài)特性發(fā)生不等問題[5]。

對于多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究多集中在理想剛向著高速、高精度、輕量化方向的發(fā)展，僅對其進(jìn)行剛足并聯(lián)機(jī)構(gòu)在實(shí)際的工作條件下的要求。在高速重載條會由于在運(yùn)動(dòng)過程中的彈性變形而使整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[8]。因此，本章對一種三平動(dòng)解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)展開了彈性構(gòu)的空間位置運(yùn)動(dòng)學(xué)關(guān)系；其次，基于有限元理論、L動(dòng)平臺動(dòng)力學(xué)約束條件建立其彈性動(dòng)力學(xué)模型；然后，分析；最后，通過 Adams 與 Ansys 軟件進(jìn)行虛擬樣機(jī) 解耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的描述耦并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖如圖 2-1 所示，該機(jī)構(gòu)的定平臺支執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別是由支鏈一、支鏈二、支鏈三組成，且每2,3)通過圓柱副與固定機(jī)架鉸接，被動(dòng)構(gòu)件BCi i、C Di i、接，動(dòng)平臺通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與構(gòu)件D Ei i( i = 1,2,3)連接。

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