含串联输入支链的2UPS-RPU并联机构静刚度分析

摘要

本文以新型含串联输入支链的2UPS-RPU并联机构为研究对象，系统的研究了含串联输入支链的少自由度并联机构的位置逆解、奇异性分析、静刚度解析建模、有限元建模策略、静刚度性能评价指标以及灵敏度分析等问题，为2UPS-RPU并联机构的开发和应用提供了理论依据。论文取得了如下研究成果:
　　 1.介绍了含串联输入支链的2UPS-RPU并联机构的结构组成，提出一种计及静刚度分析需求的逆位置分析方法。之后，借助矢量链法建立并联子系统的完整雅可比矩阵，揭示其物理含义，并对雅可比矩阵的秩进行分析，得出机构产生奇异位形的条件。
　　 2.基于所构造的机构末端全变形雅可比矩阵，依据子结构综合法，分别建立机构含约束支链和无约束支链的静刚度模型，从而得到整机的系统末端静刚度模型。突出研究了含约束支链的弯曲刚度建模方法。研究了机构系统末端静刚度在整个任务空间中的分布规律，为本机构的设计和应用提供了理论依据。
　　 3.借用商用有限元分析软件ANSYS，创造性的把机构分为运动部件和固定部件两部分，并且针对每部分设计了高效、准确的有限元建模策略，为快速准确的得到整机有限元模型创造了条件。探讨了机架及连架虎克铰等关键部件的优化设计问题。
　　 4.提出了机构静刚度全域性能评价指标，研究分析了机构关键部件刚度参数对整机静刚度性能的影响规律，为机构的结构设计和优化设计提供了一定的理论依据。
　　 5.本文的研究成果对2UPS-RPU并联机构样机的开发起了推动作用，研究思路和方法对其它含串联输入的少自由度并联机构的设计和研发也提供了有益的借鉴。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内、国外研究现状

1．2．1 刚度的建模方法

1．2．2 并联机构刚度设计

1．3 本文主要研究内容

第二章 2UPS-RPU并联机位置分析与奇异性分析

2．1 引言

2．2 2UPS-RPU并联机构位置分析

2．2．1 机构简介

2．2．2 位姿描述

2．2．3 位置逆解

2．3 2UPS-RPU并联机构雅可比矩阵分析

2．3．1 雅可比矩阵求解

2．3．2 机构奇异性分析

2．4 小结

第三章 2UPS-RPU并联机构静刚度解析建模

3．1 引言

3．2 2UPS-RPU并联机构静刚度分析基本思路

3．3 2UPS-RPU并联机构静刚度建模

3．3．1 系统末端刚度模型

3．3．2 非约束刚度矩阵的构造

3．3．3 约束刚度矩阵的构造

3．4 仿真实例

3．5 小结

第四章 2UPS-RPU并联机构有限元建模与部件优化策略

4．1 引言

4．2 有限元建模策略

4．2．1 整机快速建模策略与方法

4．3 关键部件建模方法

4．4 机构部件优化思路

4．5 小结

第五章 2UPS-RPU并联机构灵敏度分析

5．1 引言

5．2 静刚度性能指标

5．3 灵敏度分析

5．4 小结

第六章 全文总结及展望

6．1 结论

6．2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢