三自由度并联机床的运动学与动力学研究

摘要

本文对两种带有可调几何和惯性参数的三自由度并联机床进行了系统的研究。论文包括如下的四个方面：1)位置正解的研究，2)可操作性和奇异性的研究，3)动力学问题的研究，4)弹性动力学的研究。基于Groebner基法和计算机符号处理技术，对3-RPS并联平台机构的位置正解进行了符号求解。该法通过对变量排序、建立多项式对的集合、求SP多项式和约简等运算，将一组非线性方程组化简为等价的三角化方程组，得到了封闭形式的解析解。 推导了雅可比矩阵和数字-符号表示的奇异位形判别的解析表达式，对该并联机构的可操作性和奇异性进行了分析。推导了3-DOF并联机床的一、二阶影响系数矩阵，得到了其运动学模型，引入了另一种矩阵的乘法运算。建立了3-DOF的弹性动力学分析的有限元模型，进行机构的模态分析，求解了主进给机构固有频率和振动状态，研究了参数变化对固有频率的影响。研究结果为优化并联机床的结构参数，提高结构的抗震性奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题的意义及来源

1.2课题的研究现状及应用发展

1.2.1并联机床

1.2.2可调机构

1.3本文的主要研究内容

第2章基础知识

2.1空间机构的组成元素与自由度

2.2并联机器人机构的结构形式

2.3坐标变换

2.4.1基本概念

2.4.2基本步骤

2.5机构的一、二阶影响系数矩阵

2.6机构的可操作性

2.7机构的奇异性

2.8刚体凯恩动力学方程

第3章三自由度并联机床的位置分析

3.1引言

3.2 3-RPS并联机构的位置正解

3.3机构的可操作性

3.4机构的奇异性

3.5多项式运算的数字-符号法

3.6具体的数值实例

3.6小结

第4章三自由度并联机床运动学与动力学分析

4.1引言

4.2 3-DOF并联机构的运动学分析

4.2.1速度分析

4.2.2加速度分析

4.3 3-DOF并联机构动力学解析模型的自动生成

4.4动力学模型的数字-符号运算与并行计算

4.4.1数值-符号运算

4.4.2并行计算

4.5数值计算实例

4.6小结

第5章三自由度并联机床模态分析

5.1引言

5.2软件介绍

5.3弹性动力学分析的有限元模型

5.3.1动平台的位姿描述

5.3.2弹性动力学分析的有限元模型

5.4数值计算实例

5.5小结

结论

参考文献

作者在读期间科研成果简介

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致谢