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空间并联机构自由度的终端约束分析理论与数学描述方法

机构自由度是机构学中的一个重要概念,是机构设计时首先要解决的关键问题。机构自由度的计算以Kutzbach Grübler公式最具有代表性,成为机构自由度分析的基本方法。100年来,包括Kutzbach在内的许多学者对Kutzbach Grübler公式进行过多次的修改,但随着空间复杂并联机构的大量涌现,研究者还是发现,用这些公式和方法对许多新构思设计的空间复杂并联机构进行自由度计算时经常发生与实际不符的情况,反映了这些公式和方法在理论上的不完整性,迫切需要进行理论完善以解决并联机构设计中所遇到的这些困难。同时,原来的自由度计算公式不区分系统和具体构件,这既容易造成概念上的混淆,也不适合现代复杂空间并联机构发展的需要。本文在对机构的运动几何约束进行统一数学描述的基础上,提出了研究空间并联机构自由度的终端约束分析理论与数学描述方法。首先,从概念上将机构系统自由度与机构中末端执行器的自由度相区分,在此基础上指出并联机构末端执行器的自由  (本文共207页) 本文目录 | 阅读全文>>

《机械工程学报》2008年08期
机械工程学报

空间并联机构连续刚度非线性映射

0月U舀并联机构与串联机构相比,因具有较高的刚度、较大的承载量以及驱动误差无累计等优势,适合开发成虚拟轴机床、空间舱和潜艇的对接装置、运动模拟装置以及多维传感器等,近年来受到人们重视并成为机构学研究的热点之一。并联机构刚度是末端操作器在外力作用下,由于弹性元件的变形引起的位移大小的度量,产生变形的部位主要有关节驱动装置、连接铰链及连杆本身,此外还受各部件重量的影响〔‘]。机构刚度性能不仅影响机构的动态特性,而且决定机构在负载下的定位精度,因此刚度是机构非常重要的设计评价指标,尤其对于空间并联机构而言,精确完整刚度模型的建立对提高机构整体刚度至关重要,这也是当前众多空间并联机构样机刚度及精度鱼待提高的关键及瓶颈所在。由于空间并联机构构件、关节多,其刚度模型需考虑的因素众多,对其进行刚度分析难度很大。为此学者们进行了深入研究。svININ等[2]分析了驱动力作用下Gough一Stewart平台的刚度矩阵,并分析了刚度矩阵对称和不对称...  (本文共7页) 阅读全文>>

《农业机械学报》2014年06期
农业机械学报

5自由度空间并联机构运动学优化设计

引言5自由度空间并联机构是一类重要的少自由度并联机构,它与3、4自由度并联机构相比具有更加灵活的自由度,与6自由度并联机构相比具有更低的成本,在机械制造、航空和航天等领域具有广阔的应用前景[1-6]。空间并联机构的运动学性能是限制其工程应用的重要指标[7-9],而对空间并联机构进行运动学优化设计是取得较好运动学性能的重要手段。目前虽然国内外学者在并联机构运动学优化设计方面取得了一些理论成果[10-19],但大都只针对一个或一种运动学性能评价指标对空间并联机构进行优化设计,这导致相关的研究结果具有一定的局限性和片面性。因此,迫切需要开展基于运动学综合性能评价指标的优化设计以提高并联机构的整体运动学性能,推动机构在工程领域的实际应用。本文介绍一种能实现三维转动和二维移动的5自由度4-UPS-RPS空间并联机构,分别考察4-UPS-RPS空间并联机构的动平台和定平台上铰链点的分布角、定平台铰链点分布圆的半径、动平台铰链点分布圆的半径等...  (本文共5页) 阅读全文>>

《机械科学与技术》2004年10期
机械科学与技术

基于平面五杆闭环结构的空间并联机构类型综合与拓扑分析

空间并联机构由于具有结构简单、刚度大、精度高、运动学逆解容易、动态性能好等一系列优点 ,目前正受到广泛的研究和应用。文献 [1]以单开链支路为单元 ,揭示了欠秩并联机器人机构结构组成的某些规律 ,提出了欠秩并联机器人机构型综合的一种系统、有效的新方法 ,并基于与欠秩回路相应的单开链支路类型 ,完成了三平移、三平移一转动、三平移二转动并联机器人机构的构型综合。近年来 ,在机构的支链结构中引入了闭环结构 ,或者以闭环结构为基础进行并联机构设计 ,已成为并联机构构型设计的有效手段和研究方向[2 ] 。文献 [3]对并联机构闭环四杆结构进行了充分研究 ,给出了采用闭环四杆结构的一些并联机构的拓扑描述、结构特点等 ;但文中尚未提出对空间并联机构进行构型设计的具体方法及步骤。而随着对平面五杆机构的理论及应用研究的深入 ,针对五杆机构及其与之有关的机构构型的设计与应用 ,许多学者都进行了研究并取得了不少成果[4~ 10 ] 。但在空间并联机构...  (本文共5页) 阅读全文>>

《机械科学与技术》1980年10期
机械科学与技术

空间并联机构运动分析的有限元法

空间并联机构运动分析的有限元法夏富杰(华北水电学院研究生部北京100044)摘要用有限元法的思想,对组成空间机构的梁和铰单元引人欧拉参数进行了描述,用传递函数的概念对机构各相关坐标及单元变形模态坐标的位置、速度和加速度进行了分析,在此基础上,编制了计算机程序CAAM,对三自由度-RPS空间并联机机构的运动进行了分析,给出了平台中心点运动的数值模拟结果。关键词有限元传递函数空间并联机构中图号TH113.22引言对空间并联机构来说,其运动的正解比较困难。本文用有限元件法的思想进行分析和建模,这种方法首先是把机构分为不同的构件单元来分析其变形模态参数(包括大的位移和较小的弹性变形)与单元节点的关系,而后让每个单元在节点处相连,则不同单元之间的组合即可组成各种机构,机构的位形、姿态与机构自由度的关系用几何传递函数来表示。机构各坐标点的速度及加速度由一阶和二阶传递函数确定。由于这种方法是从描述每个单元的变形模态入手,所以它不但可以分析刚性...  (本文共4页) 阅读全文>>

南京理工大学
南京理工大学

新型大工作空间并联机构及其性能研究

为了并联机构顺利地应用于工作实际,设法使其向具有结构简单、工作空间大、控制容易等特点方向发展的相关研究越来越受到人们的关注本文用附加一个冗余滑动的方法构建一种新型三平动大工作空间并联机构。并开展构型优化、位置解析、奇异性、承载能力特性、刚度建模等相关研究。首先根据该型机构的组成和结构特点,利用矢量法建立机构的位置正解和反解方程以及速度雅可比矩阵,利用速度雅可比对机构的奇异性进行分析。其次在考虑伸缩杆伸缩范围、球铰链转角限制及杆件干涉等约束时,搜索出机构可达工作空间边界。并以工作空间体积为评价指标,分析机构基本参数对工作空间的影响,找出影响工作空间的敏感因素,对实现机构大工作空间进行详细论述。接着应用机构学理论求出机构的力雅可比矩阵,定义承载能力性能指标,描绘该指标在工作空间内的分布情况,分析机构的力承载能力特性,为机构应用提供指导。结合机构的雅可比矩阵,建立机构的整体刚度与单伸缩杆刚度模型。求得各向刚度在工作空间的分布情况。提出...  (本文共68页) 本文目录 | 阅读全文>>