无伴随运动对称两转一移并联机构的研究

摘要

具有对称结构的两转动一移动并联机构在制造业领域有着广阔的应用前景。但现有的对称两转一移并联机构都普遍存在有伴随运动问题，给机构的标定和轨迹规划带来很大困难，严重制约了这类机构的工程应用。针对该问题，本文提出一类无伴随运动的对称两转一移并联机构，包括新型3-UPU并联机构、SNU3-UPU并联机构以及第三种3-UPU机构，并分别对其进行了相关分析。
　　提出一种无伴随运动的新型3-UPU并联机构。利用螺旋理论对其自由度性质进行了详细分析；发现其可以实现绕中间对称平面内的任意轴线或任意点的连续转动；分析了该机构的位置正、反解，得到了其解析表达式；绘制了该机构的工作空间；采用虚设机构与影响系数理论相结合的方法分析了其动平台的速度和加速度与移动副驱动速度之间的映射关系；从分支运动奇异、平台约束奇异和驱动奇异三个方面对该机构的奇异性进行了分析。
　　发现SNU3-UPU变自由度并联机构在具有两转一移的自由度性质时不存在伴随运动，并具有与新型3-UPU并联机构十分类似的运动特性。利用螺旋理论与几何原理相结合的方法对其自由度性质和运动特性进行了详细分析；得到了该机构的位置反解表达式；并给出了其连续转动和连续移动的轨迹规划方法以及数值算例。
　　揭示了此类两转一移并联机构不存在伴随运动的实质特征以及普遍具有的一次等效转动原理。综合新型3-UPU并联机构和SNU3-UPU机构的结构特点得到另外一种3-UPU并联机构。该机构不需要动、定平台全等，但同样满足无伴随运动特性，并且真正可以实现绕动平台平面内任意轴线的定轴转动。分析了其位置反解并给出机构绕定轴转动的数值算例。发现此类无伴随运动并联机构普遍具有的一次等效转动特性，并对此进行了证明，给出了具体的运动规划方法和数值算例。

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第1章 绪论

1.1并联机构的起源和发展

1.2国内外研究现状

1.3课题研究的意义

1.4课题来源及主要研究内容

第2章 新型3-UPU并联机构运动学分析

2.1引言

2.2机构自由度分析

2.3机构的连续运动特性

2.4姿态描述方法

2.5位置反解

2.6位置正解

2.7工作空间分析

2.8本章小结

第3章 新型3-UPU并联机构速度及加速度分析

3.1引言

3.2速度分析

3.3加速度分析

3.4本章小结

第4章 新型3-UPU并联机构奇异分析

4.1引言

4.2分支运动奇异

4.3平台约束奇异

4.4驱动奇异

4.5本章小结

第5章 SNU 3-UPU并联机构自由度及运动特性分析

5.1引言

5.2SNU 3-UPU并联机构

5.3SNU 3-UPU并联机构的混合模式

5.4运动特性

5.5运动反解

5.6机构的连续运动规划

5.7数值算例

5.8本章小结

第6章 无伴随运动并联机构的进一步讨论

6.1引言

6.2平台尺寸不等的无伴随运动并联机构

6.3机构的一次等效转动特性

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢