基于并联机构六自由度减振平台的设计与研究

摘要

随着科技的发展，多维振动问题已成为影响各种机械设备、精密仪器仪表、车载、船载、航空、航天等相关设备的性能和使用寿命的主要原因，因而多维减振就成为国内外急需解决的一个技术难题，实施多维减振就具有重要的现实意义。 本论文在国家自然科学基金项目“仿橡胶多维减振平台设计的系统理论与非线性解耦控制(50375067)”的资助下，首次提出将六自由度并联机构用作六维减振平台的主体机构，并在机构原动件处辅以弹性阻尼系统，实现能量吸收及动力自适应平衡，从而实现多维减振。 首先，以并联机构拓扑结构型综合基本理论为基础，对六自由度并联机构的构型进行综合，得到了一百多种可用作减振平台的并联机构；然后根据减振平台机型的选取原则初步选出了三种机型，并对选出的三种机型在耦合度和减振效果等方面进行了比较分析，最后选出了耦合度小、减振效果最好的机型。 其次，对选出的最优机型进行了运动学和动力学分析。运动学分析包括机构的位置正反解、速度、加速度、工作空间等方面。其中用机构数学中的坐标变换法对其进行位置正反解分析，并用MATLAB软件编制位置正反解程序进行了计算验证；用影响系数方法对其速度和加速度进行了分析，用直角坐标形式搜索的方法对平台定姿态的工作空间(可达工作空间)进行了研究，并用MATLAB软件编制程序绘制了工作空间图形。基于Kane方法对减振平台进行了动力学分析，主要分析了机构中各个支路平衡驱动力的研究；依据ADAMS软件建立此机构的虚拟样机，并进行了运动学和动力学仿真分析。最后，加工制造出此机型，并在试验台上做了减振实验，仿真和实验结果说明了此减振装置有良好的减振特性，有广泛的应用前景。 总之，基于并联机构的多维减振平台系统是多维减振领域里的新理念、新突破，且具有结构简单，机型紧凑，精确度高，部分或完全解耦的机型易于控制等特点。因此，此类多维减振系统有望在多个行业得到应用。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景与研究意义

1.2多维减振国内外研究现状

1.3并联机构的应用与研究现状

1.4主要研究内容与方法

第二章六自由度并联机构型综合

2.1概述

2.2理论基础

2.2.1并联机构运动输出矩阵

2.2.2并联机构运动输出矩阵Mpa的确定

2.2.3活动度方程

2.2.4单开链约束度与机构耦合度

2.2.5主动副判定准则

2.3机型综合方法及其过程

第三章六自由度减振平台机型选择

3.1减振平台主体机构的性能要求

3.2减振平台机型的选取原则

3.3减振平台机型的比较与选取

3.3.1耦合度分析与比较

3.3.2多方向减振效果比较

第四章六自由度减振平台主体机构运动学分析

4.1引言

4.2位置反解与位置正解分析

4.2.1位置反解分析

4.2.2位置正解分析

4.2.3位置正反解实例计算和验证

4.3速度、加速度分析

4.3.1主体机构速度分析

4.3.2主体机构加速度分析

4.3.3实例计算

4.4工作空间分析

4.4.1工作空间的分类

4.4.2影响工作空间的因素

4.4.3主体机构工作空间求解

第五章六自由度减振平台主体机构动力学分析

5.1前言

5.2动力学方程的建立

5.2.1 Kane方程

5.2.2主体机构偏速度的确定和动力学方程的建立

第六章减振平台虚拟样机设计与仿真

6.1虚拟样机技术概述与ADAMS简介

6.2主体机构建模及其仿真

6.2.1多维减振平台主体机构的几何建模

6.2.2多维减振平台主体机构的运动学仿真

6.2.3多维减振平台主体机构的动力学仿真

第七章减振平台的设计制造与实验

7.1减振平台设计制造

7.2振动测试

7.2.1减振与隔振实验系统

7.2.2基本实验仪器选择

7.2.3多方向减振测试

7.2.4隔振测试

结论与展望

参考文献

附录

致谢

在读期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目