2PRU-(2PRR)U并聯(lián)機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(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)簡單、造價低、易于控制等優(yōu)點，從而成為機(jī)構(gòu)研究領(lǐng)域的熱點。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)用螺旋理論知識對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三個自由度。采用u-v-w歐拉角對機(jī)構(gòu)動平臺的位姿進(jìn)行描

2、述，根據(jù)機(jī)構(gòu)之間的位置關(guān)系得出動平臺繞w軸轉(zhuǎn)動的角γ恒為0，因此本文采用（Pz,θ,ψ）三個參數(shù)來描述動平臺原點的位姿。
　　2)根據(jù)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖，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)剛性連桿兩端點沿桿方向的運(yùn)動速度相同的特性，推導(dǎo)出并聯(lián)機(jī)構(gòu)驅(qū)動輸入與末端執(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，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，確定機(jī)構(gòu)動平臺的最大擺動能力，通過分析成對U鉸、連桿之間的干涉以及驅(qū)動滑塊的工作范圍對擺動能力的影響，確定修正后的擺動能力并基于MATLAB軟件采用數(shù)值搜索法對機(jī)構(gòu)的工作空間進(jìn)行搜索并繪制相關(guān)圖譜。通過圖譜分析，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算公式。根據(jù)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動輸入與末端執(zhí)行器輸出之間的映射關(guān)系，推導(dǎo)出機(jī)構(gòu)靈巧度值的計算公式。通過分析實例的計算結(jié)果及繪制的相關(guān)圖譜，發(fā)現(xiàn)機(jī)構(gòu)工作在奇異位形時其性能較差，在中心位置時性能較好。
　　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)問題轉(zhuǎn)換成單目標(biāo)問題，并以此作為遺傳算法的適應(yīng)度函數(shù)，采用自適應(yīng)遺傳算法對機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸優(yōu)化。根