并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、借助二自由度球面五桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)出一種具有結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)，桿件數(shù)量少，操作靈活，控制簡(jiǎn)便的新型跟蹤機(jī)構(gòu)，它能夠?qū)崿F(xiàn)空間尋的和跟蹤控制功能。通過(guò)對(duì)其運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和有限元等方面的分析和優(yōu)化，使機(jī)構(gòu)在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下滿足較高運(yùn)動(dòng)精度、快速性、穩(wěn)定性和抗干擾能力等特性，能用于大載荷或者高速、精確的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，它無(wú)論是在農(nóng)用、醫(yī)用、民用還是軍用都有十分廣闊的發(fā)展前景。 研究主要包括以下幾方面內(nèi)容： 1．并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué) 根

2、據(jù)機(jī)器人學(xué)的原理為機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型建立坐標(biāo)系，通過(guò)D-H矩陣的方法求解得到機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正反解，以及速度關(guān)系的雅克比矩陣，并通過(guò)數(shù)字仿真驗(yàn)證結(jié)果的準(zhǔn)確性。 2．并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué) 參照平面機(jī)構(gòu)平衡問(wèn)題的研究方法以及慣性力、慣性力矩的平衡原理，將其一般化，用來(lái)解決空間五桿并聯(lián)機(jī)構(gòu)的平衡問(wèn)題。通過(guò)計(jì)算出空間機(jī)構(gòu)的總質(zhì)量矩，使之保持常量，即保持總質(zhì)心不動(dòng)，得到慣性力平衡條件；通過(guò)計(jì)算出空間機(jī)構(gòu)的總動(dòng)量矩，得到慣性力矩的表達(dá)公式

3、。然后，對(duì)平衡條件進(jìn)行了分析，為機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提出了依據(jù)。最后在此基礎(chǔ)上導(dǎo)出慣性系中并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力矩表達(dá)，初步分析了輸入的條件和驅(qū)動(dòng)力矩之間的關(guān)系。 3．并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)的有限元分析 借助便利、高效的有限元分析軟件NASTRAN NX，本文還對(duì)并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)連桿的強(qiáng)度、剛度、應(yīng)力分布以及整體的模態(tài)和諧波響應(yīng)進(jìn)行分析。為機(jī)構(gòu)平穩(wěn)高效的運(yùn)作提供保證。進(jìn)行有限元分析是為了在特定環(huán)境和工況下校核已有的構(gòu)件，使之在已知材料的許用

4、應(yīng)力、應(yīng)變和強(qiáng)度范圍內(nèi)。另外模態(tài)分析是為了確保部件的固有頻率不會(huì)與輸入頻率或外界強(qiáng)迫作用的頻率相一致，例如風(fēng)力作用、機(jī)械系統(tǒng)的其它部件如電機(jī)等。 4．并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)的三維交互仿真 通過(guò)Visual C++中的OpenGL接口為并聯(lián)跟蹤機(jī)構(gòu)的研究和控制提供參考依據(jù)；為機(jī)構(gòu)的運(yùn)行提供虛擬現(xiàn)實(shí)的環(huán)境，幫助了解機(jī)構(gòu)工作空間的形態(tài)和極限；用于分析末端軌跡規(guī)劃和作業(yè)規(guī)劃的正確性和合理性；揭示機(jī)構(gòu)合理的運(yùn)動(dòng)方案和控制算法，還為實(shí)時(shí)檢測(cè)