3-RCU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化及運(yùn)動(dòng)特性分析.pdf

1、并聯(lián)機(jī)構(gòu)是機(jī)構(gòu)學(xué)方向的熱點(diǎn)課題之一。它在醫(yī)療科學(xué)、生物、航天航空等領(lǐng)域都有廣闊的應(yīng)用前景。本文的研究對(duì)象是3-RCU型并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)由三條完全相同的RCU支鏈構(gòu)成，它在空間中能實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。本文主要分析了該研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)學(xué)和微運(yùn)動(dòng)學(xué)、奇異位形、工作空間、可視化運(yùn)動(dòng)仿真和其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　利用傳統(tǒng)的計(jì)算空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)自由度的方法和螺旋的方法分別計(jì)算了該研究對(duì)象的自由度，兩種方法得出的結(jié)果都是該研究對(duì)象有三個(gè)自由度，驗(yàn)證了

2、所用方法的正確性。基于螺旋理論對(duì)該研究對(duì)象的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了分析，得出該研究對(duì)象有一個(gè)沿Z軸方向的移動(dòng)。分別建立該研究對(duì)象的驅(qū)動(dòng)模型和約束模型，得到能反映出該研究對(duì)象輸入到輸出之間位置關(guān)系的驅(qū)動(dòng)方程和約束方程。采用微分近似的算法對(duì)該研究對(duì)象的微分運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了分析，得到該研究對(duì)象在微動(dòng)情況下輸入和輸出之間的映射關(guān)系。
　　計(jì)算出該研究對(duì)象的約束雅可比矩陣、運(yùn)動(dòng)雅克比矩陣和整體雅克比矩陣，基于奇異位形的判斷準(zhǔn)則分析了該研究對(duì)象處于約束奇

3、異和運(yùn)動(dòng)奇異的條件和種類。得出在以該研究對(duì)象圓柱副中的移動(dòng)副為主動(dòng)副時(shí)，發(fā)生約束奇異有4種情況，發(fā)生運(yùn)動(dòng)奇異有25種情況。
　　通過(guò)對(duì)該研究對(duì)象建立模擬框圖，輸入適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行模擬，并編寫(xiě)程序收集該研究對(duì)象動(dòng)平臺(tái)中心點(diǎn)經(jīng)過(guò)的所有點(diǎn)的集合，使這些點(diǎn)在同一個(gè)三維坐標(biāo)系中顯示出來(lái)，分析了該研究對(duì)象尺寸優(yōu)化前后所得工作空間點(diǎn)集圖的情況。得出在尺寸優(yōu)化前所得的工作空間點(diǎn)集圖比較零散，跳躍幅度大，尺寸優(yōu)化后所得的工作空間點(diǎn)集圖比較密

4、集。
　　利用Simmechanics對(duì)該研究對(duì)象進(jìn)行可視化運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證了之前分析的運(yùn)動(dòng)結(jié)果的正確性，檢驗(yàn)了該研究對(duì)象能正常運(yùn)動(dòng)，并且各個(gè)支鏈之間不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。利用Matlab軟件對(duì)該研究對(duì)象進(jìn)行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過(guò)添加PID控制并對(duì)其參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)適。得到增加KP的值和減小KI的值時(shí)，對(duì)該控制系統(tǒng)的不同影響效果。并以控制效果比較好的位置變化圖作為該研究對(duì)象動(dòng)平臺(tái)的位置跟蹤圖。
　　本文的研究工作有助于該研究對(duì)象的動(dòng)力學(xué)