3PUS-、S(P)变胞并联机构动力学关键问题研究

摘要

本学位论文基于变胞原理，提出一种新型球面变胞并联机构。该机构由静平台、动平台以及3条结构相同的PUS支链和1条S(P)变胞支链组成，称为3PUS-S(P)变胞并联机构。该变胞机构具有2个构态，即构态1和构态2。机构处于构态1时，中间S(P)变胞支链移动副处于锁死状态，机构仅有3个空间转动自由度;机构处于构态2时，中间变胞支链移动副被激活，机构产生一个额外的径向移动自由度。因此该类机构与传统机构相比，其中间变胞支链可通过构态变换来缓冲和吸收能量以达到保护机构的目的。本文以该变胞机构为研究对象，主要研究内容如下:
　　分析3PUS-S(P)变胞并联机构的结构特点，根据Kutzbach-Grubler自由度计算公式计算出不同构态下机构的自由度。
　　运用矢量代数法，根据该变胞机构的位置关系，建立不同构态下机构的运动学逆解方程。在位置逆解的基础上，建立该机构的工作空间约束条件，并采用边界搜索法确定工作空间边界。
　　在运动学分析的基础上，利用Newton-Euler法建立3PUS-S(P)变胞并联机构的逆动力学模型。在给定动平台运动规律和外载荷后，利用该动力学方程求解机构所需驱动力、动平台所受约束力以及变胞过程中的附加作用力，并以原理实物样机为对象进行仿真计算，验证动力学方程的正确性和有效性，同时根据仿真结果分析构态变换对机构所需驱动力和动平台所受约束力的影响。
　　研究3PUS-S(P)变胞并联机构的振动特性。运用Lagrange方法建立机构在平衡位置附近的振动微分方程，求解系统刚度矩阵和质量矩阵。根据特征方程求解机构的固有频率，并通过MATLAB仿真计算，分析和探讨系统固有频率与机构基本参数之间的关系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 变胞机构的国内外研究现状

1．3 变胞机构的应用

1．3．1 在机器人领域中的应用

1．3．2 在航天领域中的应用

1．3．3 在制造业中的应用

1．3．4 在包装行业中的应用

1．3．5 在其它方面的应用

1．4 本学位论文拟解决的主要问题

1．5 本学位论文工作内容

第二章 3PUS-S(P)变胞并联机构逆运动学分析

2．1 引言

2．2 3PUS-S(P)变胞并联机构描述

2．3 3PUS-S(P)变胞并联机构自由度分析

2．4 3PUS-S(P)变胞并联机构逆运动学分析

2．4．1 机构位置逆解分析

2．4．2 机构速度分析

2．4．3 机构加速度分析

2．4．4 动平台速度和加速度分析

2．4．5 机构运动学仿真计算

2．5 机构工作空间分析

2．6 本章小结

第三章 3PUS-S(P)变胞并联机构逆动力学分析

3．1 引言

3．2 基本原理简介

3．3 支链动力学方程

3．4 动平台动力学方程

3．5 算例仿真

3．6 本章小结

第四章 3PUS-S(P)变胞并联机构振动特性分析

4．1 引言

4．2 机构振动微分方程的建立

4．2．1 滑块动能与势能的推导

4．2．2 定长连杆动能与势能的推导

4．2．3 弹簧弹性势能的推导

4．2．4 动平台动能与势能的推导

4．2．5 振动微分方程的建立

4．3 机构固有频率分析

4．4 数值算例分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本学位论文取得的主要研究成果

5．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢