对称型3-PCR并联机构的运动学分析及应用

论文摘要

少自由度并联机构与传统的六自由度并联机构相比,具有结构简单、控制容易、造价低廉等优点,具有良好的应用前景,特别是分支相同、结构对称、具有各向同性的对称三维平动并联机构更具应用潜力,受到国内外学者的广泛关注。本文运用螺旋理论对三维平动并联机构进行了系统的型综合,在此基础上选取具有代表性的对称型3-PCR并联机构作为研究对象进行了深入研究,研究内容主要包括以下5个方面:首先,根据螺旋理论中约束螺旋和运动螺旋的互逆性,确定了三维平动并联机构分支约束螺旋系的类型,在此基础上,运用约束螺旋综合理论对三维平动并联机构进行了型综合。其次,依据初始设计目标,从所综合出的三维平动并联机构中选择具有代表性的对称型3-PCR并联机构进行了运动学分析。第三,运用Unigraphics和ADAMS软件构造了3-PCR并联机构的三维虚拟样机,并运用仿真分析软件ADAMS在样机上进行了各类型轨迹曲线的仿真试验。第四,基于曲线参数化理论和运动学逆向分析理论,对3-PCR并联机构的轨迹规划进行了研究,基于两种不同类型的轨迹曲线提出了相应的轨迹规划方法,确定了3-PCR并联机构按照期望轨迹运动时驱动件上应施加的运动规律。最后,对3-PCR并联机构在高压水射流切割机上的应用做了有意义的探索,并结合两个切割实例验证了该应用的可行性。通过以上分析和研究,对3-PCR并联机构的结构性能和运动学性能有了深入的了解,并进一步完善了基于运动学逆向分析理论的轨迹规划方法,同时为3-PCR并联机构物理样机的试制及控制策略的研究奠定了坚实的基础,也为其作为高压水射流切割机的实质性研制做了较好的前期准备工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 并联机器人机构概述
• 1.1.1 并联机器人机构的发展、特点及应用
• 1.1.2 国内外并联机器人机构的研究现状
• 1.1.3 三自由度并联机器人机构的研究现状
• 1.2 论文选题意义和研究内容
• 1.2.1 课题研究意义
• 1.2.2 课题研究内容
• 第二章 基于螺旋理论的三维平动并联机构型综合
• 2.1 概述
• 2.2 螺旋理论基本概念
• 2.3 运动副的基本类型及螺旋表示
• 2.3.1 运动副的基本类型
• 2.3.2 运动副的螺旋表示
• 2.4 螺旋的互逆及线性相关性
• 2.4.1 运动螺旋和力螺旋的互逆
• 2.4.2 螺旋的线性相关性
• 2.5 分支约束螺旋系和机构约束螺旋系
• 2.6 三维平动并联机构型综合
• 2.6.1 支链自由度为3的三维平动并联机构型综合
• 2.6.2 支链自由度为4的三维平动并联机构型综合
• 2.6.3 支链自由度为5的三维平动并联机构型综合
• 2.7 本章小结
• 第三章 对称型3-PCR并联机构的运动学分析
• 3.1 概述
• 3.2 对称型3-PCR并联机构的结构及自由度分析
• 3.2.1 3-PCR并联机构的结构
• 3.2.2 基于螺旋理论的自由度分析
• 3.3 机构主动副的选取
• 3.4 位置正反解分析
• 3.4.1 位置反解
• 3.4.2 位置正解
• 3.5 速度正反解分析
• 3.5.1 速度正解
• 3.5.2 速度反解
• 3.6 运动解耦性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 虚拟样机的设计与仿真试验
• 4.1 概述
• 4.2 虚拟样机的设计
• 4.2.1 3-PCR并联机构实体模型的建立
• 4.2.2 3-PCR并联机构虚拟样机的建立
• 4.3 曲线参数化的基本知识
• 4.3.1 空间直线的参数化
• 4.3.2 空间几何曲线的参数化
• 4.3.3 一般空间曲线的参数化
• 4.4 空间曲线的轨迹规划
• 4.4.1 可参数化型曲线的轨迹规划
• 4.4.2 不可参数化型曲线的轨迹规划
• 4.5 本章小结
• 第五章 3-PCR并联机构在高压水射流切割机上的应用
• 5.1 高压水射流切割机概述
• 5.2 高压水射流切割机工作原理及系统组成
• 5.3 高压水射流的种类
• 5.4 高压水射流切割机加工特点
• 5.5 高压水射流切割技术的工业应用
• 5.6 3-PCR并联机构在高压水射流切割机上的应用
• 5.6.1 切割圆形钢板
• 5.6.2 切割"凹"字型钢板
• 5.7 本章小节
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文和参与的科研项目