混合驱动五杆机构动力学若干问题及其实验研究

摘要

该文将传统机构理论与机器人理论相结合,对混合驱动五杆机构的解耦合、惯性力的平衡、轨迹规划等方面进行了系统的研究,简单介绍如下:该文提出基于拉格朗日方程的动力学方程,根据其一般形式,得到五杆机构的等效转动惯量表达式,并分析了等效转动惯量的构成,根据转动惯量特性与解耦合之间的关系,提出解耦合的方法.文中利用线性独立矢量法对五杆机构进行了分析,使五杆机构的总质心保持不变,得到完全平衡的条件.该文对部分平衡在混合驱动五杆机构中的应用进行了研究,在匀速转动的杆件上加平衡质量,选择合适的目标函数,对机构的平衡质量和平衡质量的位置进行优化,使混合驱动五杆机构总质心的运动范围大大减小.通过部分平衡的优化,甚至可以使X或者Y方向的惯性力完全平衡,对于受某个方向的力敏感的机构来说,有着重要的意义.文中对混合驱动五杆机构的轨迹规划进行了分析,找到混合驱动五杆机构的轨迹规划与两个伺服电机驱动的五杆机构在轨迹规划中的不同.对于混合驱动五杆机构,在轨迹规划中其运动时间由匀速转动的驱动件所决定,文中并给出了具体的算例.文中综合了前面的五杆机构的解耦合与惯性力平衡,和轨迹规划的内容.在兼顾解耦合与惯性力平衡的情况下,该文对混合驱动五杆机构进行了轨迹规划,提出了轨迹规划的方法和步骤:以部分耦合的五杆机构为对象,先对混合驱动五杆机构进行轨迹规划,给定工作点的初始点和终止点,得到要求的路径;然后对五杆机构进行优化平衡,以总质心的运动范围的面积为目标函数,以平衡质量的大小和平衡质量的位置为优化变量,得到满足条件的最优解.这对混合驱动五杆机构的应用有重要的指导作用.在混合驱动五杆机构的实验中,以两个步进电机为原动机、以铰链五杆机构为实验载体,辅以检测系统,建立驱动混合五杆机构的实验系统.

目录

文摘

英文文摘

授权书及声明

第一章绪论

§1.1引言

§1.2可控机构的研究现状

1.2.1可调机构的研究现状

1.2.2变输入机构的研究现状

1.2.3混合驱动的研究现状

§1.3本文中混合驱动机构研究的方向

1.3.1平面闭链五杆机构动力学建模与解耦合的研究

1.3.2混合驱动五杆机构的惯性力平衡

1.3.3混合驱动五杆机构的轨迹规划

1.3.4惯性力平衡与解耦合的综合及应用

1.3.5混合五杆机构的设计及其试验

1.3.6混合五杆机构研究的意义

§1.4本文的主要工作及内容安排

1.4.1本文的主要工作

1.4.2本文的创新之处

1.4.3本文的章节安排

§1.5本章小结

第二章平面闭链五杆机构动力学建模与解耦合的研究

§2.1引言

§2.2平面闭链五杆机构动力学建模

§2.3对等效转动惯量的的分析

§2.4五杆机构解耦合的条件

§2.5本章小结

第三章混合驱动五杆机构的惯性力平衡

§3.1引言

§3.2惯性力的危害及平衡方法

§3.3五杆机构惯性力平衡的分析

§3.4混合驱动五杆机构的平衡

3.4.1五杆机构部分平衡的优化

3.4.2混合驱动五杆机构惯性力部分平衡的特点

§3.5本章小结

第四章混合驱动五杆机构的轨迹规划

§4.1引言

§4.2混合驱动五杆机构工作空间

4.2.1点在工作空间的条件

4.2.2混合驱动五杆机构的工作空间边界条件

4.2.3五杆机构的工作空间

§4.3混合驱动五杆机构轨迹规划

4.3.1轨迹规划

4.3.2混合驱动五杆机构轨迹规划的类型

4.3.3混合驱动轨迹规划的实例

4.3.4混合驱动五杆机构在外力作用下的轨迹规划

§4.4本章小结

第五章解耦合与惯性力平衡的组合类型及应用

§5.1引言

§5.2解耦和部分平衡的组合类型

§5.3解耦和部分平衡在轨迹规划的应用

§5.4本章小结

第六章混合驱动五杆机构的实验

§6.1引言

§6.2实验系统

§6.3实验内容

§6.4实验结果分析

§6.5本章小结

第七章回顾与展望

§7.1论文回顾

§7.2研究展望

参考文献

附录1

附录2

致谢

攻读博士学位期间发表的论文