含有中间约束分支的三自由度并联机构综合与性质研究

论文摘要

随着并联机器人技术的发展,少自由度并联机器人由于具有结构相对简单,控制容易,造价低等特点,深受学者们的关注,成为机器人领域一个新的研究热点,而且在工业生产领域有着广阔的应用前景。本文在国家自然科学基金的支持下,在分析国内外少自由度并联机器人研究与应用发展状况的基础上,用解析法和计算机辅助几何法研究了三种含有中间约束分支的三自由度并联机构的性质。首先,基于CAD的几何约束、尺寸约束、尺寸方程和尺寸驱动技术构造出15种含有中间约束分支的三自由度并联机构。其次,用解析法对3-SPS/UP、3-SPS/PU、3-SPS/RPR三种含有中间约束分支的三自由度并联机构进行位置分析、速度分析和加速度分析,并且根据虚功原理对3-SPS/UP并联机构进行了静力分析。最后,在构造的位置模拟机构上求解出空间并联机构的位置;在同一草图中同时作出机构在不同时刻的三个位置模拟机构,通过约束方程使这三个位置逐次逼近,构造出机构的速度-加速度模拟机构,求解出空间并联机构的速度和加速度;根据模拟机构的各个分支取极值时得到相应的边界轮廓曲线,通过放样命令构造出并联机构的工作空间;并且对解析法所求的位置反解、速度反解和加速度反解进行了验证。论文的工作为进一步研究含有中间约束分支的三自由度并联机构的实用性奠定了一定的理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 并联机器人概述
• 1.2 少自由度并联机构研究现状
• 1.2.1 三自由度并联机构的研究现状
• 1.2.2 三自由度并联机构的运动学研究现状
• 1.3 CAD 技术在机构设计中的应用
• 1.4 论文选题的意义和研究内容
• 第2章 理论基础
• 2.1 解析法分析机构运动的理论基础
• 2.2 计算机辅助几何法的理论基础
• 2.3 计算机辅助几何法求解机构速度、加速度的数学理论依据
• 2.4 构型设计的计算机辅助几何法
• 2.4.1 概述
• 2.4.2 含有中间约束分支的三自由度并联机构的构型设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 3-SPS/UP 并联机构分析
• 3.1 坐标系的建立及自由度分析
• 3.2 3-SPS/UP 并联机构位置分析
• 3.2.1 位置反解的解析法分析
• 3.2.2 位置的计算机辅助几何法分析
• 3.2.3 实例求解位置反解
• 3.3 3-SPS/UP 并联机构速度、加速度分析
• 3.3.1 速度、加速度的解析法分析
• 3.3.2 速度、加速度的计算机辅助几何法分析
• 3.3.3 实例求解速度、加速度
• 3.4 工作空间分析
• 3.5 静力分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 3-SPS/PU 并联机构分析
• 4.1 坐标系的建立及自由度分析
• 4.2 3-SPS/UP 并联机构位置分析
• 4.2.1 位置反解的解析法分析
• 4.2.2 位置的计算机辅助几何法分析
• 4.2.3 实例求解位置
• 4.3 3-SPS/UP 并联机构速度、加速度分析
• 4.3.1 速度、加速度的解析法分析
• 4.3.2 速度、加速度的计算机辅助几何法分析
• 4.3.3 实例求解速度、加速度
• 4.4 工作空间分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 3-SPS/RPR 并联机构分析
• 5.1 坐标系的建立及自由度分析
• 5.2 3-SPS/RPR 并联机构位置分析
• 5.2.1 位置反解的解析法分析
• 5.2.2 位置的计算机辅助几何法分析
• 5.2.3 实例求解位置
• 5.3 3-SPS/RPR 并联机构速度、加速度分析
• 5.3.1 速度、加速度的解析法分析
• 5.3.2 速度、加速度的计算机辅助几何法分析
• 5.3.3 实例求解速度、加速度
• 5.4 工作空间分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介