一種空間三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)性能與仿真研究.pdf

1、三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)中的重要分支之一，與六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)相比，該類并聯(lián)機(jī)構(gòu)有運(yùn)動支鏈少、承載能力高以及較易控制等優(yōu)點(diǎn)，在微電子、高精度加工中以及醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文以空間3-PRC三平移并聯(lián)機(jī)構(gòu)為研究對象，主要對3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)以及虛擬樣機(jī)的仿真研究。
　　首先，基于旋量理論，分析了3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度，驗(yàn)證了其動平臺的輸出運(yùn)動為三維平移運(yùn)動;根據(jù)3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)的幾何約束關(guān)系建立了

2、位置正解和位置反解方程，數(shù)值驗(yàn)證了位置正解、反解的正確性;在位置解的基礎(chǔ)上，用運(yùn)動影響系數(shù)法對速度和加速度的變化規(guī)律進(jìn)行了分析;運(yùn)用Jacobian代數(shù)法對奇異性進(jìn)行了分析，得出了出現(xiàn)正向奇異和反向奇異時(shí)桿件間的位置關(guān)系。
　　第二，基于位置反解及幾何約束條件，用數(shù)值搜索法編程出3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間，用MATLAB軟件中SimMechanics模塊進(jìn)行了運(yùn)動仿真，以驗(yàn)證了工作空間求解的正確性;最后分析了驅(qū)動滑移桿與靜平臺的

3、夾角對工作空間的影響。
　　第三，用凱恩方程法建立了質(zhì)點(diǎn)系和剛體的凱恩方程，動力學(xué)建模求得了該機(jī)構(gòu)各桿件的廣義速度與偏速度，構(gòu)建出了3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)的動力學(xué)凱恩方程。
　　第四，用三維建模Pro/E軟件和ADAMS軟件創(chuàng)建了3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)的虛擬樣機(jī)模型，對其進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真，在ADAMS后處理模塊中測得了動平臺末端參考點(diǎn)的位移、速度及加速度變化曲線圖;對3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動力學(xué)仿真，得出了消耗功率和驅(qū)動力的變化規(guī)

4、律，為電機(jī)的選型提供理論指導(dǎo)。
　　最后，用Pro/E軟件與ANSYS Workbench軟件，對3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析，確定了動平臺處于兩種位姿時(shí)機(jī)構(gòu)中變形和所受應(yīng)力最大部位，找到了整體結(jié)構(gòu)中的薄弱地方。
　　通過上述對3-PRC并聯(lián)機(jī)構(gòu)的分析，得到該機(jī)構(gòu)具有規(guī)則的工作空間，可達(dá)范圍大，具有良好的運(yùn)動學(xué)性能;在整體尺寸不變的情形下，可通過改變驅(qū)動滑移桿與靜平臺的夾角參數(shù)來調(diào)整動平臺的可達(dá)工作范圍，以避開奇異位形