2PRU-(2PRR)U并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)及性能分析.pdf

1、隨著并聯(lián)機(jī)構(gòu)理論與技術(shù)的發(fā)展，并聯(lián)機(jī)構(gòu)在工業(yè)制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比6自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，從而成為機(jī)構(gòu)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。在此背景下，本文提出一種新型的1T2R三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)及性能的分析與研究，具體內(nèi)容如下：
　　1)運(yùn)用螺旋理論知識(shí)對(duì)2PRU-(2PRR)U并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度進(jìn)行分析，得出本機(jī)構(gòu)具有1T2R三個(gè)自由度。采用u-v-w歐拉角對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的位姿進(jìn)行描

2、述，根據(jù)機(jī)構(gòu)之間的位置關(guān)系得出動(dòng)平臺(tái)繞w軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角γ恒為0，因此本文采用（Pz,θ,ψ）三個(gè)參數(shù)來(lái)描述動(dòng)平臺(tái)原點(diǎn)的位姿。
　　2)根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，采用幾何作圖法，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的位置正逆解方程組，其中逆解有16組解，排除干涉的解后，共有12組可行解。在工程應(yīng)用中，可根據(jù)能量消耗最小原則選出一組最優(yōu)解。
　　3)根據(jù)剛性連桿兩端點(diǎn)沿桿方向的運(yùn)動(dòng)速度相同的特性，推導(dǎo)出并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)輸入與末端執(zhí)行器輸出之間的速度映射矩陣（雅可比矩陣

3、）。分析計(jì)算雅可比矩陣行列式的值，得出機(jī)構(gòu)的奇異位形的位置及特點(diǎn)，其中有2種邊界奇異、1種局部奇異和4種結(jié)構(gòu)奇異。
　　4)根據(jù)機(jī)構(gòu)的奇異性特點(diǎn)，確定機(jī)構(gòu)動(dòng)平臺(tái)的最大擺動(dòng)能力，通過(guò)分析成對(duì)U鉸、連桿之間的干涉以及驅(qū)動(dòng)滑塊的工作范圍對(duì)擺動(dòng)能力的影響，確定修正后的擺動(dòng)能力并基于MATLAB軟件采用數(shù)值搜索法對(duì)機(jī)構(gòu)的工作空間進(jìn)行搜索并繪制相關(guān)圖譜。通過(guò)圖譜分析，得出機(jī)構(gòu)的工作空間為上下端面是部分球面的一個(gè)柱體。
　　5)在一定模型

4、假設(shè)的基礎(chǔ)上，根據(jù)虛功原理推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)的靜剛度與承載能力的計(jì)算公式。根據(jù)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)輸入與末端執(zhí)行器輸出之間的映射關(guān)系，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)靈巧度值的計(jì)算公式。通過(guò)分析實(shí)例的計(jì)算結(jié)果及繪制的相關(guān)圖譜，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)工作在奇異位形時(shí)其性能較差，在中心位置時(shí)性能較好。
　　6)以并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間、靜剛度、靈巧度及承載能力為優(yōu)化目標(biāo)，運(yùn)用歸一化法及加權(quán)法將多目標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)問(wèn)題，并以此作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，采用自適應(yīng)遺傳算法對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化。根