新型三平动自由度高速并联机械手的弹性动力学分析

摘要

Delta-S机械手是一种具有我国自主知识产权的三平动自由度高速轻型并联机械手。配备计算机视觉系统后，该机械手可完成对散乱物料的短距抓放(Pick-and-Place)操作，在电子、轻工、食品及医药等领域具有广阔的应用前景。在国家自然科学基金项目(50675151)及教育部博士点基金项目(20060056018)的联合资助下，本文对该机械手本体的运动学、刚体动力学及弹性动力学分析问题进行了较为深入的理论研究。 利用矢量法建立了Delta-S机械手的逆运动学模型，并借助虚功原理建立了该机械手的逆刚体动力学模型。针对典型的抓放操作，经轨迹规划，计算了各主动关节的位置、速度、加速度与驱动转矩，为后续的弹性动力学分析奠定了基础。 在合理假设的前提下，采用有限元法与子结构综合法，构建了Delta-S机械手的弹性动力学方程。经无阻尼固有特性分析，揭示了系统低阶固有频率及正则振型的空间分布特征。针对典型的操作任务，利用威尔逊-θ法求解了该机械手的弹性动力学响应。 上述研究成果为Delta-S机械手的动态设计奠定了理论基础，并对其它含刚柔混合支链的空间并联机构的分析与设计具有一定的参考价值。

目录

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第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1弹性动力学建模

1.2.2动态响应的求解

1.3.本文主要研究内容

第二章Delta-S机械手逆运动学及刚体动力学分析

2.1引言

2.2 Delta-S机械手组成

2.3逆运动学分析

2.3.1位置逆解

2.3.2速度逆解与奇异位形分析

2.3.3加速度逆解

2.4逆刚体动力学分析

2.5轨迹规划

2.6算例仿真

2.7小结

第三章Delta-S机械手弹性动力学建模

3.1引言

3.2 Delta-S机械手的有限元模型

3.3弹性子结构运动方程

3.3.1单元位移模式

3.3.2单元刚度矩阵和质量矩阵

3.3.3单元动力学方程

3.3.4弹性子结构动力学方程

3.4刚性子结构的动力学方程

3.5变形协调条件

3.5.1弹性体与刚体之间的变形协调条件

3.5.2从动臂单元结点上的变形协调条件

3.6系统动力学方程

3.7小结

第四章Delta-S机械手固有特性分析及动态响应求解

4.1引言

4.2固有特性分析

4.3动态响应求解

4.4小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢