并联机构刚度特性分析

论文摘要

目前,在许多标准规范中,机器人机构设计必须要考虑机构的承载,机构灵敏度和机构刚度等等因素。在这些机械系统的因素中,机构的刚度在并联机器人机构的研究中是尤其重要的。机构刚度是描述并联机构特性的一个重要指标。并联机构的刚度映射就是转换关节刚度到直角坐标空间,是并联操作手刚度控制的基本操作参量。将所获得的刚度映射应用到直角坐标空间的刚度研究,探索并联机构的刚度映射及其刚度特性,以及机构刚度的变化对机构性能的影响,对并联操作手的刚度控制、机构的结构设计和参数选择都有重要意义。本论文参照3-RRR平面并联机构、3-RPR平面并联机构刚度特性研究的方法,基于新的守恒协调刚度矩阵推导出6-SPS空间并联机构、6-PSS空间并联机构刚度映射公式,并对这两种并联机构的给定姿态的工作空间进行分析和绘制,最后依据所推导刚度公式得到的刚度映射,结合其工作空间对所研究的机构进行刚度特性分析。本论文从并联机构的运动学方程、工作空间、刚度矩阵等几个方面展开研究,并结合MATLAB进行刚度求值、工作空间和刚度映射曲线的绘制对并联机构的刚度特性做了详细的分析。研究发现：6-SPS空间并联机构、6-PSS空间并联机构的刚度是机构构型的函数,且与驱动力和关节刚度成比例。机构刚度不但与驱动力的大小有关,而且与驱动力对机构作用的方向有关,且对于对称机构,其刚度也存在一定的对称关系。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 并联机构的定义及提出
• 1.2 并联机构的特点及应用
• 1.2.1 并联机构的特点
• 1.2.2 并联机构的应用
• 1.3 并联机构刚度国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 论文选题意义及研究内容
• 1.4.1 选题意义
• 1.4.2 本文研究内容
• 1.5 本章小结
• 第2章 并联机构的刚度矩阵及刚度映射
• 2.1 典型并联机构的分类
• 2.2 基于守恒协调转换的并联机构的刚度矩阵
• 2.2.1 刚度的概念
• 2.2.2 并联机构的刚度矩阵
• 2.2.3 研究并联机构刚度特性的一般方法和步骤
• 2.3 本章小结
• 第3章 6-SPS空间并联机构的刚度特性分析
• 3.1 6-SPS空间并联机构的运动学解析
• 3.2 6-SPS空间并联机构的雅可比矩阵
• 3.3 6-SPS空间并联机构的刚度矩阵
• 3.4 6-SPS空间并联机构的刚度映射
• 3.4.1 6-SPS空间并联机构的结构参数
• 3.4.2 6-SPS空间并联机构的工作空间分析
• 3.4.3 6-SPS空间并联机构的刚度映射分析
• 3.5 6-SPS空间并联机构的刚度特性
• 3.6 本章小结
• 第4章 6-PSS空间并联机构的刚度特性分析
• 4.1 6-PSS空间并联机构的运动学解析
• 4.2 6-PSS空间并联机构的雅可比矩阵
• 4.3 6-PSS空间并联机构的刚度矩阵
• 4.4 6-PSS空间并联机构的刚度映射
• 4.4.1 6-PSS空间并联机构的结构参数
• 4.4.2 6-PSS空间并联机构的工作空间分析
• 4.4.3 6-PSS空间并联机构的刚度映射分析
• 4.5 6-PSS空间并联机构的刚度特性
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢