少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合方法研究.pdf

1、現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)的最高任務(wù)，是為創(chuàng)造適用于現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)的新機(jī)構(gòu)提供系統(tǒng)的理論和有效的方法，并在此基礎(chǔ)上創(chuàng)造出滿足特定要求的新機(jī)構(gòu)。為了減小機(jī)構(gòu)創(chuàng)新的盲目性，開(kāi)拓以功能為導(dǎo)向創(chuàng)造滿足特定運(yùn)動(dòng)性能要求的新機(jī)構(gòu)途徑，本文對(duì)少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合的方法和過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，尤其是針對(duì)存在過(guò)約束的4、5自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合問(wèn)題進(jìn)行了深入研究，具體內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 1.以螺旋理論為數(shù)學(xué)工具，對(duì)少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的

2、運(yùn)動(dòng)特征和組成并聯(lián)機(jī)構(gòu)的少自由度串聯(lián)支鏈約束力之間的關(guān)系進(jìn)行了分析，利用運(yùn)動(dòng)螺旋與約束力螺旋的互易積關(guān)系，建立了少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)中支鏈運(yùn)動(dòng)螺旋與動(dòng)平臺(tái)所需約束力螺旋之間的抽象數(shù)學(xué)模型，分析了支鏈約束力螺旋的性質(zhì)，將組成少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)支鏈定義為力約束支鏈和力偶約束支鏈兩大類，以利于少自由度串聯(lián)支鏈和少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合。 2.系統(tǒng)研究了力約束支鏈和力偶約束支鏈中運(yùn)動(dòng)副的配置與支鏈約束力之間的關(guān)系，建立了支鏈中基

3、本運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)螺旋數(shù)學(xué)模型，揭示出不同約束支鏈運(yùn)動(dòng)副的配置規(guī)律，并據(jù)此提出不同類型少自由度串聯(lián)支鏈的運(yùn)動(dòng)副配置條件，找出了滿足相應(yīng)要求的所有可行支鏈結(jié)構(gòu)類型，為少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合奠定了基礎(chǔ)。 3.研究了少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合的系統(tǒng)理論，提出了基于螺旋理論的少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)綜合方法和基本步驟。按照傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，4、5自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)不可能存在對(duì)稱的支鏈結(jié)構(gòu)。為此，利用螺旋理論系統(tǒng)分析了4、5自由

4、度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)產(chǎn)生過(guò)約束的問(wèn)題，提出了非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和避免過(guò)約束的4、5自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則列舉了大量滿足動(dòng)平臺(tái)預(yù)定運(yùn)動(dòng)特征的4、5自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)和非對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型，解決了4、5自由度對(duì)稱并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)綜合中過(guò)約束的難題。 4.利用螺旋理論對(duì)少自由度并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)自由度、雅可比矩陣和奇異位形進(jìn)行了分析研究。結(jié)合提出的新型少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)例，說(shuō)明了少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)