一种新型少自由度并联机构的型综合与运动学研究

• 作 者: 马静
• 机 构: 西安理工大学
• 出 处: 西安理工大学
• 发表日期: 2012年期
• 关键词: 并联机构 少自由度 螺旋理论 运动学 有限元分析

少自由度并联机构具有结构简单、制造成本较低、控制方法简单、承载能力大等优点，成为了机器人领域的研究热点。本文基于运动螺旋理论提出了一种新型的两转动两移动四自由度并联机构，并从型综合、自由度计算、运动学、工作空间、静力学分析、有限元分析等方面对该机构进行了详细的研究，主要研究内容如下：　　
基于运动螺旋理论综合法和添加约束综合法提出了一种新型四自由度并联机构-4-UPS/RPC，能够实现沿X、Z方向的移动自由度和绕X、Y轴的转动自由度。在此基础上，采用修正的Kutzbach-Grübler公式计算得到该机构的自由度，并应用螺旋理论分析了机构的公共约束和冗余约束。　　
基于坐标变换方程建立了4-UPS/RPC的位置反解方程，对杆长的输入位置进行了Matlab仿真；通过对位置反解方程求导得到4-UPS/RPC的速度方程和Jacobian矩阵，并对杆长的输入速度进行了Matlab仿真，得到了动平台输出速度和杆长的输入速度之间的关系。　　
分析了4-UPS/RPC的结构约束条件，以位置工作空间为例，给出了空间搜索算法的流程图，并通过Matlab仿真得到4-UPS/RPC的位置工作空间、姿态工作空间以及三维工作空间。　　
基于虚功原理推导出4-UPS/RPC的静力学数学模型，并通过Matlab仿真得到四种情况下驱动力和外力之间的关系图。　　
将4-UPS/RPC的Pro/E模型导入ANSYSWorkbench，仿真分析三个极限位置在外载荷作用下的受力状况，得到三个极限位置的应力云图及机构整体变形图。