多轴振动台运动学及动力学分析与研究

论文摘要

本文通过对国内外在振动台的研究与应用方面的分析,并结合国外在多轴振动台领域的研究成果对多轴振动台的结构布局、工作原理、基本参数影响、运动学特性以及动力学特性等方面进行了分析与研究。首先,在参考国外同类型产品的基础上,提出了多轴振动台的整体结构布局形式并确定了整个系统的基本结构参数并介绍了该系统的工作原理。在此基础上对整个多轴振动台进行了运动学反解解算与雅克比矩阵的推导。由于该类型的多轴振动台是在传统的Stewart并联机构的基础上加入串联结构部分而得到的,所以该类型的多轴振动台具有串并联混合结构的特点。利用与传统的Stewart并联机构运动学反解相类似的方法与空间解析几何学的方法分别对多轴振动台的并联结构部分和串联结构部分进行了运动学反解的解算,并在此基础上推导了其雅克比矩阵。其次,在确定了多轴振动的基本参数的情况下,利用运动学反解解算对每个参数对该系统运动的影响进行分析,并对影响该系统运动最主要的几个参数进行进一步的研究,为今后该类型多轴振动台的结构设计与优化做准备。最后,利用拉格朗日方法对多轴振动台进行单刚体动力学建模,并利用虚拟样机中的ADAMS模型和MATLAB/Simulink模型的联合仿真对该模型进行验证,为今后该系统的实际研制及控制策略的研究打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源背景及研究的意义
• 1.1.1 课题的来源背景
• 1.1.2 研究的研究意义
• 1.2 并联机器人概述
• 1.2.1 并联机器人的提出
• 1.2.2 并联机构的特点
• 1.2.3 并联机器人的应用
• 1.2.4 并联机构的研究现状
• 1.3 多轴振动台方向的发展及研究现状
• 1.3.1 多轴振动台的分类
• 1.3.2 国外多轴振动台的研究现状及分析
• 1.3.3 国内多轴振动台的研究现状及分析
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 多轴振动台运动学建模与分析
• 2.1 引言
• 2.2 多轴振动台结构介绍
• 2.3 多轴振动台运动学反解建模与分析
• 2.3.1 多轴振动台位姿描述
• 2.3.2 多轴振动台运动学反解建模
• 2.4 多轴振动台运动学反解验证
• 2.5 多轴振动台运动学解算及验证
• 2.5.1 多轴振动台运动学解算
• 2.5.2 多轴振动台运动学仿真验证
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于运动学的参数分析与研究
• 3.1 引言
• 3.2 参数说明与分析
• 3.2.1 中位高度的影响分析
• 3.2.2 并联机构上下铰点分布位置的影响分析
• 3.2.3 串联机构上铰点分布位置的影响分析
• 3.2.4 串联拉杆长度的影响分析
• 3.2.5 曲柄长臂长度的影响分析
• 3.2.6 曲柄短臂长度的影响分析
• 3.2.7 曲柄短臂与长臂间夹角的影响分析
• 3.2.8 曲柄长臂与垂直向夹角的影响分析
• 3.2.9 串联结构下铰点位置的影响分析
• 3.3 曲柄结构参数关系分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 多轴振动台动力学建模与分析
• 4.1 引言
• 4.2 多轴振动台动能与势能
• 4.2.1 上平台角速度及角加速度
• 4.2.2 上平台动能与势能
• 4.3 多轴振动台动力学方程
• 4.4 多轴振动台动力学仿真验证
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢