3-RRS并联机构运动学及动力学分析

摘要

在国家自然科学基金的资助下，本文系统研究了对一种3-RRS并联机构位置反解、工作空间分析、机构奇异位形、传动性能以及机构的刚体逆动力学建模等问题，本文的主要研究内容有:
　　 首先，系统研究了3-RRS并联机构的位置反解问题和工作空间分析。借助几何法得到了机构的位置反解的解析解，给定机构的尺度参数，可以直接获得机构唯一的反解位形，极大地提高了位置求解速度和效率，对机构的实时在线控制具有重要意义。在位置反解的基础上，利用网络法对机构的工作空间进行了分析，得到了机构位置工作空间和姿态工作空间与机构结构参数的关系，为后续的工作空间综合奠定了基础。
　　 其次，对3-RRS并联机构奇异位形进行了分析研究。应用螺旋理论，求解出3-RRS并联机构的驱动雅可比矩阵、约束雅可比矩阵以及全雅可比矩阵，通过对雅可比矩阵的特性值的分析对机构的奇异位形进行了分析，获得了在给定工作空间内，机构的奇异位形的分布规律。
　　 再次，通过定义机构支链的输入与输出的力/力矩传动效率系数对3-RRS并联机构进行传动性能进行了分析。针对目前基于雅可比矩阵而获得的机构传动性能指标所存在的量纲不一致问题，借助机构的压力角这一概念，构建了机构支链的输入与输出的力/力矩传动效率系数，对机构的运动学传动性能进行了评价与分析。该评价指标不涉及机构的自由度性质以及雅可比的量纲问题，可应用于任何自由度形式的少自由度并联机构，为后续的机构构型选型以及运动学优化提供了依据。
　　 最后，根据支链的结构特征，推导出3-RRS并联机构封闭形式的速度和加速度公式。在此基础上应用虚功原理方法，建立了3-RRS并联机构的动力学反解方程，对3-RRS并联机构逆动力学进行了研究。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 并联机构的发展与应用现状

1．2．1 并联机构的起源与发展

1．2．2 少自由度并联机构的发展

1．2．3 并联机构的应用现状

1．3 并联机构理论研究现状

1．3．1 并联机构位置分析研究

1．3．2 并联机构工作空间研究

1．3．3 并联机构奇异位形研究

1．3．4 并联机构传动性能研究

1．3．5 并联机构动力学研究

1．4 本文主要研究内容

第二章 3-RRS并联机构位置反解及工作空间分析

2．1 引言

2．2 3-RRS并联机构反解分析

2．2．1 3-RRS并联机构简介与坐标建立

2．2．2 3-RRS并联机构位置反解

2．2．3 3-RRS并联机构位置反解算例验证

2．3 3-RRS并联机构工作空间的计算机仿真

2．3．1 3-RRS并联机构结构参数及搜索空间

2．3．2 3-RRS并联机构工作空间仿真程序的编制

2．3．3 3-RRS并联机构工作空间的计算机仿真结果

2．4 小结

第三章 3-RRS并联机构奇异位形分析

3．1 引言

3．2 3-RRS并联机构雅可比矩阵求解

3．2．1 3-RRS并联机构约束雅可比矩阵

3．2．2 3-RRS并联机构驱动雅可比矩阵

3．2．3 3-RRS并联机构全雅可比矩阵

3．3 3-RRS并联机构动平台速度分析

3．4 3-RRS并联机构奇异位形判定

3．4．1 3-RRS并联机构约束奇异

3．4．2 3-RRS并联机构结构奇异

3．4．3 3-RRS并联机构边界奇异

3．5 3-RRS并联机构奇异位形仿真

3．5．1 3-RRS并联机构工作空间仿真程序的编制

3．5．2 3-RRS并联机构结构奇异

3．5．3 3-RRS并联机构边界奇异

3．6 小结

第四章 3-RRS并联机构传动性能分析

4．1 引言

4．2 3-RRS并联机构单支链输出传动效率系数

4．3 3-RRS并联机构单支链输入传动效率系数

4．4 3-RRS并联机构传动性能仿真

4．4．1 3-RRS并联机构单支链输出传动性能系数仿真图

4．4．2 3-RRS并联机构单支链输入传动性能系数仿真图

4．5 小结

第五章 3-RRS并联机构动力学分析

5．1 引言

5．2 3-RRS并联机构速度分析

5．3 3-RRS并联机构加速度分析

5．4 3-RRS并联机构动力学分析

5．4．1 3-RRS并联机构动平台的外力螺旋

5．4．2 3-RRS并联机构杆件外力螺旋

5．4．3 3-RRS并联机构整个系统功率

5．5 小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢