基于平面5R并联机构的三自由度混联机床研究

论文摘要

随着并联驱动技术的发展以及为满足特定目的的需要,少自由度并联机构的研究与应用日益广泛。本文运用DELTA二自由度5R并联机构构造了一种三自由度混联机床的原型,研究了平面5R并联机构的原理与构型特点,对5R并联机构的运动学和性能指标、机床总体方案设计及其仿真等问题进行深入系统的研究。对国内外少自由度并联机构及其研究现状进行了综述的基础上,采用串、并联机构相结合的思想,设计了一种基于平面二自由度5R并联机构的三自由度混联机床；建立了DELTA并联机构的运动学模型,对并联机构的位置正反解、速度雅可比矩阵、理论工作空间、刚度、灵巧度性能指标、奇异位置等问题进行了深入探讨；基于工作空间和刚度性能指标的综合确定了5R并联机构的杆长参数；给出了三自由度混联机床运动功能的实现方案,采用模块化思想完成了平面5R混联机床的开发设计；运用三维CAD(Solid Edge)软件建立了混联机床虚拟样机的实体模型,并对虚拟样机进行了干涉检验。采用MATLAB软件对混联机床并联运动模块的位置反解进行了理论分析与计算；运用ADAMS软件进行并联机构仿真分析,对末端点确定工作轨迹的仿真实现进行研究,得到正确的加工轨迹,验证了三自由度混联机床设计的合理性,为并联机构的应用和混联机床的设计提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 立题背景及意义
• 1.2 国内外研究概括
• 1.2.1 并联机床
• 1.2.2 混联机床
• 1.2.3 平面2自由度并联机构
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 并联机构的机构构型和运动学分析
• 2.1 平面2自由度并联机构种类
• 2.2 平面5R并联机构描述
• 2.3 平面5R并联机构的运动学分析
• 2.3.1 位置反解
• 2.3.2 位置正解
• 2.3.3 雅可比矩阵
• 2.4 平面5R并联机构的工作空间分析
• 2.4.1 设计空间分析
• 2.4.2 理论工作空间分析
• 2.4.3 理论工作空间面积分析
• 2.5 位置反解实例分析
• 2.6 本章小结
• 3 平面5R并联机构的性能指标分析
• 3.1 拉格朗日方程
• 3.2 刚度性能指标
• 3.2.1 机构刚度度量指标定义
• 3.2.2 平面5R并联机构刚度分析
• 3.3 灵巧度性能指标
• 3.3.1 机构灵巧度度量指标定义
• 3.3.2 平面5R并联机构灵巧度分析
• 3.4 奇异性能分析
• 3.4.1 机构奇异位形定义及分类
• 3.4.2 串联奇异
• 3.4.3 并联奇异
• 3.4.4 平面5R并联机构奇异性分析
• 3.5 性能指标之间的关系
• 3.6 本章小结
• 4 混联机床的总体方案设计
• 4.1 运动功能方案的设计
• 4.2 结构布局方案的设计
• 4.2.1 模块的特点及模块的划分
• 4.2.2 混联机床的基本模块
• 4.3 混联机床的虚拟设计
• 4.3.1 Solid Edge简介
• 4.3.2 机床零部件的详细设计
• 4.3.3 机床的装配
• 4.4 本章小结
• 5 混联机床的并联机构运动学仿真
• 5.1 仿真技术基础
• 5.1.1 仿真技术简介
• 5.1.2 MATLAB仿真简介
• 5.1.3 ADAMS仿真分析软件简介
• 5.2 理论公式推导仿真在工作空间内实现
• 5.3 基于ADAMS软件的机构仿真
• 5.3.1 并联机构仿真模型建立
• 5.3.2 位置控制仿真分析
• 5.3.3 速度控制仿真分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 发展与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文及参与项目