论文题目: 可重构混联机械手模块TriVariant的设计理论与方法
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械制造及其自动化
作者: 李曚
导师: 黄田
关键词: 可重构制造系统,混联构型装备,结构综合,尺度综合,位置正解,动力学建模与性能评价
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本文密切结合开发新型可重构制造装备的需求,在国家杰出青年科学基金和天津市科技攻关专项资助下,系统研究了一种可重构混联机械手模块TriVariant的概念设计、工作空间分析与综合、位置正解分析、刚体动力学建模与性能评价等问题,并将理论成果用于指导一种钢结构复合加工装备的设计。论文取得了如下创造性成果: 在高度抽象少自由度并联机构组成原理的基础上,系统论述了可重构PKM模块的选型原则,并得到含有简式恰约束支链的少自由度并联机构较宜作为上述模块本体的重要结论。根据这一结论创造性地提出一种具有工程实用价值的5自由度可重构混联机械手模块——TriVariant。该模块具有与Tricept机械手相同数目和类型的自由度,且继承了其全部结构特征。系统研究了TriVariant机械手的尺度综合方法。该方法借助单调性分析,揭示出机构尺度参数对操作性能的影响规律,进而通过引入操作性能的近似轴对称和UPS支链杆长比等约束条件,将尺度综合问题转化为求解一类非线性方程组问题。研究结果表明,在任务空间和尺度参数等同条件下,TriVariant与Tricept机械手具有极为相近的运动学性能。分别采用解析法和数值法研究了TriVariant和Tricept机械手的位置正解问题。研究结果表明,前者的位置正解方程在结构和求解规模方面均远较后者来得简单。利用虚功原理建立了TriVariant和Tricept机械手的精确动力学逆解模型,并构造出评价动力学性能的局部和全域指标。研究结果表明,TriVariant机械手同样具有与Tricept机械手极为相似的动力学性能。此外,利用奇异值分解原理,还提出一种快速预估伺服电机参数的方法,并通过典型轨迹验证了其有效性。上述研究成果不但为指导一种钢结构复合加工装备的设计奠定了坚实的理论基础,而且对开发同类可重构制造装备具有重要的参考价值。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 国内外研究状况
1.2.1 并联机构结构学
1.2.2 并联机构运动学
1.2.2.1 位置正解
1.2.2.2 尺度综合
1.2.3 刚体动力学与性能评价指标
1.3 本文主要研究内容
第二章 基于可重构PKM模块的概念设计
2.1 引言
2.2 少自由度并联机构的结构组成原理
2.3 PKM 模块的选型原则
2.4 恰约束支链的选型
2.5 含简式恰约束支链的少自由度并联机构综合
2.6 UP 支链的结构设计及TriVariant 机械手的可重构性举例
2.7 小结
附录含II和IV类并联机构的数综合
第三章 工作空间分析与尺度综合
3.1 引言
3.2 TriVariant 机械手的运动学模型
3.2.1 坐标系建立与动平台姿态描述
3.2.2 位置逆解模型
3.2.3 速度映射模型
3.3 Tricept 机械手的运动学模型
3.3.1 坐标系建立与动平台姿态描述
3.3.2 位置逆解模型
3.3.3 速度映射模型
3.4 TriVariant 机械手的工作空间分析与尺度综合
3.4.1 工作空间的定义与构成
3.4.2 设计变量
3.4.3 操作性能指标
3.4.4 约束条件
3.4.5 目标函数
3.4.6 优化设计
3.5 算例
3.6 小结
第四章 TriVariant机械手模块本体的位置正解分析
4.1 引言
4.2 TriVariant 机械手的位置正解模型
4.2.1 解析解法
4.2.2 数值解法
4.3 Tricept 机械手的位置正解模型
4.3.1 解析解法
4.3.2 数值解法
4.4 算例
4.4.1 解析法算例
4.4.1.1 TriVariant 机械手
4.4.1.2 Tricept 机械手
4.4.2 数值解法算例
4.4.2.1 TriVariant 机械手
4.4.2.2 Tricept 机械手
4.5 小结
第五章 刚体逆动力学分析
5.1 引言
5.2 TriVariant 机械手的逆动力学模型
5.2.1 支链部件分解与运动描述
5.2.2 运动学模型
5.2.2.1 支链角速度分析
5.2.2.2 关节加速度分析
5.2.2.3 支链角加速度分析
5.2.2.4 部件质心的位置、速度与加速度分析
5.2.3 逆动力学模型
5.3 Tricept机械手的逆动力学模型
5.3.1 运动学模型
5.3.2 逆动力学模型
5.4 动力学性能评价指标
5.5 算例
5.6 小结
附录
第六章 钢结构复合切割加工中心的 TriVariant 模块本体设计
6.1 引言
6.2 需求分析与总体方案设计
6.3 TriVariant 机械手的本体设计
6.3.1 运动学设计
6.3.1.1 尺度综合
6.3.1.2 可达空间分析
6.3.2 伺服电机参数预估
6.3.2.1 动平台参考点峰值速度的预估模型
6.3.2.2 伺服电机峰值力矩的预估模型
6.3.2.3 伺服电机转子惯量的校核模型
6.3.3 工程实例
6.4 小结
第七章 全文结论
7.1 结论
7.2 工作展望
参考文献
参加的科研项目和完成的学术论文
致谢
发布时间: 2006-05-24
相关论文
- [1].基于动力学指标的Delta高速并联机械手集成优化设计方法研究[D]. 张利敏.天津大学2011
- [2].一类2R1T三自由度并联机构的设计理论与方法研究[D]. 齐明.天津大学2007
- [3].相贯线切割机器人作业单元关键技术研究[D]. 王攀峰.天津大学2008
- [4].少自由度机器人机构一体化建模理论、方法及工程应用[D]. 刘海涛.天津大学2010
- [5].深潜救生艇多机械手对接装置的研究[D]. 李广军.哈尔滨工程大学2001
- [6].基于非完整约束的欠驱动机械手及其运动控制的研究[D]. 谭跃刚.武汉理工大学2005
- [7].基于机械手的视觉伺服控制及其应用研究[D]. 邱联奎.中国科学技术大学2006
标签：可重构制造系统论文; 混联构型装备论文; 结构综合论文; 尺度综合论文; 位置正解论文; 动力学建模与性能评价论文;