新型三转动并联机构运动综合与虚拟样机开发

摘要

本文密切结合航空航天、智能机器人等领域对纯转动并联机构的重要需求,在国家自然科学基金项目资助下,深入研究了新型空间三转动自由度并联机构3-PUS&S的设计理论与方法,内容涉及运动学分析、工作空间分析、尺度综合、虚拟样机设计及静／动态特性预估等。主要研究成果如下:
　　 1.运动学分析。根据该机构创成运动特点,采用倾斜角-扭转角法描述动平台姿态,借助螺旋理论建立机构正、逆位置分析模型与速度雅可比矩阵,并结合算例验证了上述模型的有效性。
　　 2.工作空间分析。明确该机构可达／任务工作空间的数学定义,计及移动副位移、铰链转角及连杆干涉等工程约束,逆向搜索出机构可达工作空间,并揭示了尺度参数对工作空间的影响。
　　 3.尺度综合。采用适宜的全域运动学性能评价指标,借助运动学性能图谱揭示了关键设计变量的影响程度与取值范围,并综合考虑相关的几何／工程约束,实现了机构的运动学优化设计。
　　 4.虚拟样机设计与静／动态特性预估。结合工程需求开发出虚拟样机,经运动仿真与干涉检验,验证了运动学设计理论的有效性；针对典型姿态,预估虚拟样机的静刚度与动力学特性,并揭示出关键影响因素。
　　 上述研究成果为该机构的物理样机开发奠定了坚实基础。