二自由度解耦球面并联机构运动学行为研究

论文摘要

解耦球面并联机构是一类具有工程实际应用价值的并联机构,研究和开发该类机构,并对其性能进行全面的分析是机械系统创新及应用的基础性和关键性工作之一。本文以二自由度解耦球面并联机构的分析与开发为目标,运用机构学理论以及计算机仿真技术等,较系统地进行了机构构型研究、运动学分析、机构结构尺寸与机构性能的关系和误差分析等机构设计的关键技术问题,取得了如下创新性成果:1.给出了二自由度RR &Π和LRRR&PRR解耦球面并联机构的一般构型,并针对RR&PRR机构,从工作空间出发,结合结构设计及运动设计,提出了该机构的两种改进构型;2.针对二自由度RR &Π和LRRR&PRR解耦球面并联机构,完成了运动学分析,分别建立了两种解耦球面并联机构的运动学方程,给出了机构的位置、速度和加速度正、反解的表达式;3.针对两种机构构型,完成了机构运动工作空间和奇异位形分析,并给出了两种机构的实际工作空间范围;4.应用机构设计的无量纲法,建立了机构的空间模型;给出了机构的速度性能指标、承载能力性能指标和刚度性能指标的描述方法,并提出了应用性能指标的均值及其波动情况描述机构性能的新方法,以等值线的形式分别绘制了机构的性能图谱;研究了机构尺寸参数与机构性能之间的关系,给出了机构尺寸参数与机构性能间的定量关系,确定了在不同性能指标要求下机构杆件无量纲设计尺寸的取值范围;5.应用环路增量法,给出了机构的闭环方程,建立了机构各杆件原始参数误差间的约束关系,并通过机构的位姿误差模型、速度误差模型以及加速度误差模型,分析了机构动平台运动误差与机构杆件参数误差的关系。论文工作为丰富并联机构构型设计理论体系、促进球面并联机构的工程应用奠定了坚实的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 并联机构的发展与应用
• 1-1-1 并联机构的发展
• 1-1-2 并联机构的研究及其应用
• §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
• 1-2-2 四自由度并联机构
• 1-2-3 五自由度并联机构
• §1-3 解耦并联机构研究现状
• §1-4 球面并联机构研究现状
• 1-4-1 球面并联机构研究现状
• 1-4-2 解耦球面并联机构研究现状
• §1-5 论文选题意义和研究内容
• 第二章 二自由度解耦球面并联机构构型及工作空间分析
• §2-1 概述
• §2-2 二自由度解耦球面并联机构构型
• 2-2-1 一般构型
• 2-2-2 RR&ΠLR机构构型
• 2-2-3 RR& PRR机构构型
• §2-3 机构运动学正反解分析
• 2-3-1 RR&ΠLR机构运动学分析
• 2-3-2 RR& PRR机构运动学分析
• §2-4 机构工作空间分析
• 2-4-1 RR&ΠLR机构工作空间分析
• 2-4-2 RR& PRR机构工作空间分析
• §2-5 机构奇异位形分析
• 2-5-1 RR&ΠLR机构奇异位形分析
• 2-5-2 RR& PRR机构奇异位形分析
• §2-6 本章小结
• 第三章 二自由度解耦球面并联机构性能指标及其性能图谱
• §3-1 概述
• §3-2 机构的空间模型
• 3-2-1 RR&ΠLR机构空间模型
• 3-2-2 RR& PRR机构空间模型
• §3-3 机构速度性能指标及其性能图谱
• 3-3-1 拉格朗日方程
• 3-3-2 机构速度各向同性性能指标
• 3-3-3 机构速度极值性能指标
• §3-4 机构承载能力性能指标及其性能图谱
• 3-4-1 机构的静力学分析
• 3-4-2 机构广义力传递各向同性性能指标
• 3-4-3 机构承载能力极值性能指标
• §3-5 机构刚度性能指标及其性能图谱
• 3-5-1 机构的刚度矩阵
• 3-5-2 机构刚度性能指标
• §3-6 本章小结
• 第四章 二自由度解耦球面并联机构误差分析
• §4-1 概述
• §4-2 机构相邻杆件间的变换矩阵
• 4-2-1 机构误差分析的环路增量法
• 4-2-2 RR&ΠLR机构相邻杆件间的变换矩阵
• 4-2-3 RR&PRR机构相邻杆件间的变换矩阵
• §4-3 机构的位姿误差分析
• 4-3-1 RR&ΠLR机构位姿误差分析
• 4-3-2 RR&PRR机构位姿误差分析
• §4-4 机构的速度误差分析
• 4-4-1 RR&ΠLR机构速度误差分析
• 4-4-2 RR&PRR机构速度误差分析
• §4-5 机构的加速度误差分析
• 4-5-1 RR&ΠLR机构加速度误差分析
• 4-5-2 RR&PRR机构加速度误差分析
• §4-6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果