三自由度3-RRP球面并聯(lián)機構的運動性能研究.pdf

1、球面并聯(lián)機構作為一種特殊的并聯(lián)機構,不僅具有并聯(lián)機構所具有的特性,而且在一定程度上彌補了并聯(lián)機構難以實現(xiàn)的特性。球面并聯(lián)機構結構簡單、不易發(fā)生干涉、工作空間大、運動學計算簡單且易于控制等,廣泛應用于醫(yī)療、航天以及機器人等領域。
　　本文首先基于螺旋理論對空間并聯(lián)機構的構型進行了綜合,分別得出三約束、雙約束、單約束以及零約束運動鏈的型綜合,在此基礎上,通過3-RRR球面并聯(lián)機構驗證了空間并聯(lián)機構型綜合方法的正確性,得到了3-RRP球

2、面并聯(lián)機構的構型;然后通過對3-RRP球面并聯(lián)機構的描述以及對機構自由度的分析,引入旋轉矩陣以及等效軸角間的關系,建立機構的逆運動學模型,對3-RRP機構正運動學和逆運動學進行了分析,并且得到了驅動構件的速度、加速度及雅可比矩陣。
　　其次,在運動學研究的基礎上,對3-RRP球面并聯(lián)機構的運動性能進行了研究。通過雅可比矩陣對機構奇異位形進行了研究,并得到了三種可能的奇異位形;基于虛功原理得出機構在平衡狀態(tài)下作用在末端執(zhí)行器的外力和

3、驅動力矩的關系;借助條件數(shù)的概念,得出機構完全各向同性條件,即機構的完全對稱性;通過搜索法得到機構在不同姿態(tài)角下的工作空間和在各平面的投影,分析了對工作空間的影響因素。機構的運動性能研究對機構的尺寸綜合及性能優(yōu)化有很重要的影響。
　　然后,在功能原理的基礎上,利用牛頓-歐拉法建立機構的動力學模型,推出了機構的動力學方程,并推出了影響驅動件驅動力矩的因素。最后,對機構進行了仿真研究。采用UG/ADAMS軟件首先驗證了機構末端執(zhí)行器參