考虑关节间隙的平面2R开环和5R闭环机构定位误差的研究

摘要

随着高科技的快速发展，航空航天工业、精密机械、医疗器械和工业自动化等行业对机构的位置精度有了更高的要求，特别是高速、高精度和高可靠性场合，机构的定位精度是衡量其工作性能的重要指标之一。关节间隙容易引起运动副元素的碰撞、摩擦和磨损，降低机构的定位精度和运行稳定性。因此，考虑机械系统中的关节间隙，本文以平面2R开环和5R闭环机构为研究对象，从不同的角度深入研究关节间隙对机构定位误差和动力学特性的影响，为机构可靠性分析、定位误差的补偿等提供理论基础。
　　本研究主要内容包括：⑴针对从运动学角度考虑关节间隙的平面机构，建立了平面2R开环和5R闭环机构的运动学误差分析模型。将转动关节间隙看作成无质量杆，利用几何法，分别推导出了两个机构末端执行器的定位误差公式，以误差指数作为机构定位精度的评价指标，通过Matlab仿真出了机构末端点定位误差在工作区间内的变化规律。⑵针对静力和惯性力作用下考虑关节间隙的平面机构，建立了考虑关节间隙的平面2R开环和5R闭环机构的误差分析模型。对两个机构分别进行了静力学分析，用牛顿-欧拉法建立了两个机构的动力学方程，求解出了各关节的约束反力；建立了转动关节局部误差模型，运用虚功原理建立了末端执行器定位误差和局部误差的映射关系，通过Matlab仿真分析了两个机构分别在静力和惯性力作用下的定位误差在位形空间上的分布情况。⑶针对关节间隙引起的运动副元素的碰撞和摩擦现象，建立了转动关节间隙的矢量模型和数学模型，引入碰撞力和摩擦力模型，利用拉格朗日乘子法分别建立了考虑间隙的平面2R开环和5R闭环机构的动力学模型，通过 Matlab仿真分析了不同的间隙尺寸和关节转速对两个机构动力学特性的影响。以位置误差和速度振荡可靠指数作为机构运动精度的评价指标，分析了不同的关节间隙和关节转速对平面两个机构运动精度的影响。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究的背景和意义

1.2 国内外相关领域研究现状

1.3 国内外研究现状综述

1.4 本课题研究的主要内容

第2章 含间隙平面机构运动学误差分析

2.1 引言

2.2 平面两自由度机构工作空间

2.3 含间隙平面机构模型

2.4 含间隙平面机构定位误差模型

2.5 定位误差仿真结果分析

2.6 本章小结

第3章 含间隙机构在惯性力作用下误差分析

3.1 引言

3.2 力学模型的建立

3.3 机构定位误差模型

3.4 含间隙机构定位误差仿真分析

3.5 本章小结

第4章 含间隙机构动力学特性及动态误差分析

4.1 引言

4.2 含间隙转动关节建模

4.3 含间隙转动关节碰撞力和摩擦力模型

4.4 含间隙机构动力学建模

4.5 含间隙机构动力学特性仿真分析

4.6 基于可靠指数的动态误差分析

4.7 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢