实现挖掘轨迹的混合驱动4R1P机构研究

论文摘要

混合驱动机构作为一种新生机构,是目前机构学研究领域的前沿问题。它主要是通过一个二自由度的机构将常速电动机(主电机)和伺服电动机(辅助电机)这两种不同性质的运动合成后实现预定的输出运动。该机构诞生之根本是为了化解机构高速、重载、低成本与运动柔性化、可控化之间的矛盾。本文在前人研究成果的基础上,以导杆为机架的4R1P机构为对象,围绕机构的Grashof属性、工作空间、运动学和优化综合等方面展开研究:首先,根据四杆机构装配条件和4R1P机构的结构特点,确定出滑块的活动范围;利用Grashof法则,讨论滑块处于不同位置时机构的Grashof属性;并在此基础上,总结得出机构存在曲柄的情况。同时,根据机构的不同Grashof属性,并借鉴四杆机构计算输入杆转角范围的方法,得出确定4R1P机构输入杆转角范围的方法和流程。然后通过叠加输入杆和输入滑块两驱动运动,绘制输出运动轨迹,来研究机构的工作空间问题。接着,建立4R1P机构运动学分析模型,获得构件的位置、速度、加速度表达式,通过运动学仿真实例,直观获取机构运动学参数变化情况,并为最后的优化综合提供基础。最后,在完成挖掘过程仿真,获得挖掘轨迹之后,以实现挖掘轨迹为任务,建立基于逆运动学分析的优化综合模型,获得混合驱动4R1P机构的结构尺寸和伺服输入规律,并以优化结果来建立机构模型进行运动仿真,验证机构模型的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 混合驱动机构研究概况
• 1.2.1 混合驱动机构情况简介
• 1.2.2 混合驱动机构国外研究状况
• 1.2.3 混合驱动机构国内研究状况
• 1.3 本文研究内容
• 2 4R1P 机构曲柄存在条件和工作空间绘制
• 2.1 引言
• 2.2 4R1P 并联机构具体分类
• 2.2.1 Grashof 法则简介
• 2.2.2 导杆为机架的4R1P 并联机构具体分类
• 2.2.3 平面4R1P 并联机构曲柄存在情况
• 2.3 4R1P 机构工作空间绘制
• 2.3.1 平面四杆机构输入杆转角范围介绍
• 2.3.2 4R1P 型平面机构输入杆转角范围确定
• 2.3.3 工作空间绘制
• 2.4 本章小结
• 3 混合驱动4R1P 机构的运动学分析
• 3.1 引言
• 3.2 混合驱动4R1P 机构的运动学分析
• 3.2.1 杆组法介绍
• 3.2.2 正运动学分析
• 3.2.3 逆运动学分析
• 3.3 运动学仿真实例
• 3.3.1 正运动学实例分析
• 3.3.2 逆运动学实例分析
• 3.4 本章小结
• 4 混合驱动4R1P 机构实现挖掘轨迹研究
• 4.1 引言
• 4.2 反铲液压挖掘机动臂-斗杆输出轨迹描述
• 4.2.1 动臂－斗杆机构数学模型
• 4.2.2 动臂－斗杆机构输出轨迹分析
• 4.3 获取挖掘轨迹
• 4.4 混合驱动4R1P 机构的优化综合
• 4.4.1 建立优化综合模型
• 4.4.2 优化过程
• 4.4.3 模型检验
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 附录
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果
• 致谢