柔性平面两自由度并联机构的性能研究

摘要

两自由度的并联机构是一种常见的运动系统。由于这类机构的刚度大、运动速度高、路径规划的方法简单，因此在一些工业领域中获得了广泛应用，特别是在包装、搬运等工业中需要进行高频率的的拾取、放置动作的场合。随着两自由度并联机构在工业应用中发挥越来越重要的作用，因此对它相关研究的意义也愈加重要。 本文主要对由同步带驱动的柔性平面两自由度并联机构的性能进行了研究，主要包括运动学以及动力学性能分析。该机构选用了柔性驱动系统(同步带),将电机的扭矩转换为运动机构末端的线性驱动力。机构具有两个相互垂直方向的直线运动：即沿机架导轨方向的运动（水平方向）和沿滑块导轨的运动（竖直方向），可以实现执行末端在平面内定位。本文主要从以下几个方面对该机构进行了研究： （1）利用该机构的几何特点，建立了该机构的运动学方程，得出了位置方程、速度方程与加速度方程，进而得到了运动末端与输入之间的关系。 （2）在弹性力学基本理论的基础上，结合研究现状，将同步带的三种代替模型进行了描述，最终选定了 Kelvin模型作为同步带的近似简化模型。为刚柔耦合模型的分析奠定了基础。 （3）以柔性多体系统动力学原理为理论基础，结合了虚功原理，推导出柔性平面两自由度并联机构的动力学方程，并且对该系统的纵向振动情况进行了分析，得出纵向振动的微分方程与机构系统的固有频率。 （4）利用RecurDyn软件建立了机构的虚拟样机模型，对同步带进行了离散化处理，将其简化为以柔性力连接的刚性带块。以具体实例进行了运动学仿真，在给定输入的条件下，得到了末端的位移、速度、加速度曲线；在给定轨迹的条件下进行了动力学仿真分析，得到了同步带轮的角速度和驱动力距的曲线图，以及带元之间的张紧力曲线图，分析了在机构运动过程中同步带的振动情况，获得了多种动态参数。

目录

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第一章 绪论

1.1引言

1.2并联机构的定义与发展

1.3二自由度平移并联机器人的研究现状

1.4柔性并联机器人的研究进展

1.5并联机器人的理论研究现状

1.6选题的意义与本文的主要研究内容

第二章 柔性平面两自由度并联机器人的运动学研究

2.1引言

2.2柔性平面两自由度并联机构构型介绍

2.3位置分析

2.4速度分析

2.5加速度分析

2.6基于RecurDyn仿真模型的建立

2.7验证机构运动学求解的正确性

2.8本章小结

第三章 同步带传动特性分析

3.1柔性多体系统动力学

3.2同步带的传动特性分析

3.3同步带的力学模型

3.4本章小结

第四章 柔性平面两自由度并联机构的动力学分析

4.1引言

4.2机构系统动力学方程建立

4.3 RecurDyn中同步带建模理论

4.4虚拟样机建立

4.5实例仿真

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢