变拓扑并联机器人机构结构及其性能研究

论文摘要

变拓扑并联机构的拓扑结构相似,机构特性却不同,进一步深入研究变拓扑并联机构,不但有利于发现更多的新构型,提高机构的有效构型比例和实用性,同时也为并联机构构型优选和计算机辅助设计创造了条件。本课题主要针对变拓扑并联机构的变拓扑方式、机构结构参数对并联机构性能的影响、机构拓扑结构改变前后性能的变化以及变拓扑并联机构的应用进行了较为系统的研究。第一,在明确变拓扑结构机构的本质以及基本变拓扑方式等基础上,分别给出了构态变拓扑结构机构（变胞机构）和构型变拓扑结构机构具体的数学定义,进一步完善了变拓扑结构机构的理论体系。同时,针对不同的拓扑结构特性,分别研究了平面和空间变拓扑并联机构的变拓扑方式,并以典型的平面和空间并联机构为例进行了分析,得到了许多拓扑结构类似的新型变异型并联机构。第二,在机构构型分析的基础上,以4-TPT及其变拓扑结构形式4-PTT并联机构为例,对机构结构约束特征、位置解、奇异位形、工作空间进行了系统研究,并提出了基于LabVIEW软件的并联机构工作空间三维描述法;最后,分析了机构结构参数对机构性能的影响,比较了两机构的各种性能指标,为机构构型的优选提供了一定的理论依据。第三,基于运动雅克比矩阵和力雅克比矩阵,分别对4-TPT及4-PTT变拓扑并联机构的线速度、角速度传递性能评价指标以及力、力矩传递性能评价指标进行分析、比较,绘制了四种指标的性能图谱,并明确了拓扑结构变化对机构灵巧度的影响,为4-TPT及4-PTT变拓扑并联机构实际应用提供了依据。第四,依据以上分析研究并结合4-TPT及其变拓扑结构形式4-PTT并联机构自身特点,对两机构在中医推拿机器人上的应用进行了初步探索,并运用ADAMS仿真分析软件对两机构的运动和动力性能进行仿真、分析和验证。通过以上分析研究,完善了变拓扑结构机构的理论体系,深入了解了拓扑结构参数对机构性能的影响,为并联机构创新型设计以及并联机器人系统的设计和应用奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 变拓扑结构机构的国内外研究现状
• 1.2.1 变胞机构国内外研究现状
• 1.2.2 构型变拓扑结构机构国内外研究现状
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第二章 变拓扑结构机构的基本问题
• 2.1 概述
• 2.2 变拓扑结构机构定义及基本变拓扑方式
• 2.2.1 机构拓扑结构参数
• 2.2.2 变拓扑结构机构定义
• 2.2.3 基本变拓扑方式
• 2.3 平面变拓扑并联机构变拓扑方式研究
• 2.4 空间变拓扑并联机构变拓扑方式研究
• 2.5 小结
• 第三章 4-TPT及其4-PTT变拓扑并联机构位置分析
• 3.1 概述
• 3.2 4-PTT变拓扑并联机构位置分析
• 3.2.1 机构结构与约束特征
• 3.2.2 位置反解
• 3.2.3 位置正解
• 3.2.4 位置正反解计算实例
• 3.3 4-TPT并联机构位置分析
• 3.3.1 机构结构与约束特征
• 3.3.2 位置反解
• 3.3.3 位置正解
• 3.3.4 位置正反解计算实例
• 3.4 解耦性对比分析
• 3.5 小结
• 第四章 4-TPT及其4-PTT变拓扑并联机构奇异位形与工作空间分析
• 4.1 概述
• 4.2 奇异位形分析
• 4.2.1 雅克比矩阵
• 4.2.2 奇异性判别
• 4.3 工作空间分析
• 4.3.1 并联机构工作空间影响因素
• 4.3.2 并联机构工作空间分析
• 4.4 奇异位形与工作空间对比分析
• 4.5 小结
• 第五章 4-TPT及其4-PTT变拓扑并联机构灵巧度分析
• 5.1 概述
• 5.2 速度与角速度灵巧度指标
• 5.3 力与力矩灵巧度指标
• 5.4 灵巧度分析
• 5.4.1 4-PTT变拓扑并联机构灵巧度分析
• 5.4.2 4-TPT并联机构灵巧度分析
• 5.5 灵巧度对比分析
• 5.6 小结
• 第六章 4-TPT及其4-PTT变拓扑并联机构在中医推拿上的应用
• 6.1 概述
• 6.2 中医推拿手法的运动学和动力学特征
• 6.3 基于三平移一转动并联机构的中医推拿机器人
• 6.4 中医推拿机器人仿真分析
• 6.4.1 推法运动学仿真分析
• 6.4.2 推法动力学仿真分析
• 6.5 两种中医推拿机器人对比分析
• 6.6 小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文和参加的科研项目