一种5自由度混联机构的性能分析与设计

摘要

混联机构集合了串联机构与并联机构各自的优点，极具工程应用价值。本文主要研究（2-UPR-RPU）-RR混联机构的性能分析与设计，其主要内容可概括为以下几个方面：
　　建立混联机构的简单模型，采用闭环矢量法和 D-H参数法分别对并联机构部分和串联机构部分位置正反解进行详细推导，得出单一并联机构及单一串联机构反解具有唯一性,而并联机构的正解最多有六组。利用一种基于齐次变换矩阵的方法推导出混联机构的位置正反解，并通过转角限制使反解具有唯一性。
　　采用基于螺旋理论的运动/力传递性能指标 LTI对混联机构的并联部分进行机构参数优化。根据并联机构上下平台半径r1及r2比值的变化，定义优质转角面积比δ，并得到了优化后的并联机构半径参数。通过优化后的参数，在考虑到关节转角约束、杆长约束及杆件干涉等影响条件下，利用数值搜索法在MATLB软件中得到混联机构的整体工作空间。
　　利用 SolidWorks软件建立简单的混联机床三维模型并给出坐标系转换方式。通过单一数值反解算例和球面加工仿真实例全面验证本文所提及的混联机构位置反解的正确性。
　　通过对铣削用量等的定义及计算得到混联机床的最大铣削力。将混联机床简化模型导入ADAMS软件，定义质量、约束及刀具外部载荷，并对驱动关节添加一个极小的速度运动，得到混联机床在三个典型位姿下的各驱动关节的受力情况，最后综合三位姿下各驱动关节受力/力矩的最大值。
　　对混联机床的机械部分进行设计，根据原始参数，对机床主轴、串联头、动平台、分支杆等关键部件进行结构设计与合理的布局，并对电主轴、谐波减速器、伺服电机、滚珠丝杠、直线导轨等主要外购件进行选型,并利用 ANSYS软件验证主要结构件静刚度是否满足精度要求。最终得到可用于实际曲面加工的混联机床三维样机。
　　本文研究工作有助于（2-UPR-RPU）-RR混联机构在机床领域的研究与开发。

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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

1.3 主要研究内容

第二章 混联机构位置分析

2.1 引言

2.2 机构说明与坐标系建立

2.3 位置反解分析

2.4 位置正解分析

2.5 本章小结

第三章 参数优化及工作空间分析

3.1 引言

3.2 基于运动/力传递性能的参数优化

3.3 工作空间分析

3.4 本章小结

第四章 混联机构运动学仿真

4.1 引言

4.2 三维模型和与坐标系

4.3 仿真算例

4.4 本章小结

第五章 混联机构关节受力分析

5.1 引言

5.2 外部参数与载荷

5.3 基于ADAMS的关节受力分析

5.4 本章小结

第六章 样机设计

6.1 引言

6.2 原始参数

6.3 结构设计

6.4 三维样机

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢