3T1R型并联机构系统设计

摘要

自从六自由度的Stewart并联机构在1978年问世以来，并联机构的研究便成为了许多科研人员以及各大高校师生研究的热点。与串联机构对比来看，针对所研究的并联机器人以其刚度高、速度快、精度准、承载能力强等众多优点在近几十年得到了长远的发展，并且成功应用于包括工业以及科学在内的众多领域。
　　并联机构学是高等空间封闭环机构学研究的一个新的分支，考虑到6自由度的并联机构由于铰链约束、奇异位形、支链干涉等因素的影响，会导致全方位实现空间位姿运动的难度增加，另外还会增加机构自身结构和控制状态的困难程度。而少自由度并联机构的应运而生却弥足了不足之处，因为它结构配置简单、驱动方法简易、工作空间大及造价低廉等优点更具有较高的研发实用价值，并迅速成为机构学研究方向的主体趋势。
　　针对以4-UPU并联机构为研究对象，根据螺旋理论原理，首先采用其中的运动螺旋及力螺旋，相对应地来表示并联机器人中的自由度和约束，同时根据其互逆定理，对少自由度的4-UPU并联机构进行约束和自由度分析，从而求解出了该机构的自由度。并求解出了位置正反解的算法，最后通过数值算法求证了该过程的精确性、通用性。
　　其次基于螺旋理论提出了一种3T1R型系统的并联机构系统的构型设计的方法，并联机构的型综合是并联机构进行可行性设计的首要环节，它的判断依据为螺旋理论中运动螺旋与约束力螺旋互易积为零的关系先构造出可能存在的支腿机构，再通过支腿机构排列组合出具有不同运动副和结构数目的机构。并分析验证了构型的可行性和实用性。
　　然后通过虚拟机构法求解出相应地一、二阶影响系数矩阵，并基于该矩阵对本并联机构进行速度和加速度的分析。通过实例数值分析验证了该方法求解运动学的精确性。
　　最后通过数学建模的思想方法对结构本身进行系统设计，并通过 P-roe三维软件对其进行运动学仿真分析。

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第1章 绪论

1.1 并联机构的研究背景

1.2 并联机构的研究现状

1.3 并联机构研究领域所存在的问题

1.4 并联机构的实际应用与展望

1.5 课题研究目的、内容以及方法与来源

第2章 4-UPU并联机构自由度和位置正反解的分析

2.1 螺旋理论的基础知识

2.2 4-UPU并联机构自由度的计算分析

2.3 4-UPU并联机构输入合理性的判断

2.4 4-UPU并联机构的位置正反解的分析

2.5 本章小结

第3章 3T1Rz型四自由度并联机构的型综合

3.1 型综合原则

3.2 约束螺旋综合法的过程

3.3 3T1Rz对称型并联机构型综合

3.4 本章小结

第4章 基于影响系数4-UPU并联机构运动学分析

4.1 一、二阶影响系数矩阵的建立

4.2 4-UPU并联机构实例分析计算

4.3 本章小结

第5章 4-UPU并联机构的结构设计以及运动仿真

5.1 4-UPU并联机构的本体结构设计

5.2 4-UPU并联机构关键零部件的设计

5.3 4-UPU并联机构的虚拟装配与运动仿真

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术成果