【摘 要】
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并联机构是由动、静平台和多条支链组成的一类机构,其具有区别于串联机构的优点,如刚度高、精度大,控制简单等。结构冗余并联机构通过改变机构的参数以及调整机构的位形,可以使得机构达到规避奇异位置,扩大工作空间的目的;而柔性构件可以通过其变形来传递力和力矩,具有低磨损,高精度等优点,且可以有效的降低机构的驱动力矩。通过将结构冗余并联机构和柔性机构相结合,建立新的刚柔耦合结构冗余并联机构,达到优化机构性能的
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并联机构是由动、静平台和多条支链组成的一类机构,其具有区别于串联机构的优点,如刚度高、精度大,控制简单等。结构冗余并联机构通过改变机构的参数以及调整机构的位形,可以使得机构达到规避奇异位置,扩大工作空间的目的;而柔性构件可以通过其变形来传递力和力矩,具有低磨损,高精度等优点,且可以有效的降低机构的驱动力矩。通过将结构冗余并联机构和柔性机构相结合,建立新的刚柔耦合结构冗余并联机构,达到优化机构性能的目的,而且可以保持刚性和柔性机构结构特点优势。本文基于以上背景,选定一个结构冗余并联机构,对其运动学进行理论分析,以仿真的方式确定柔性杆的选择,并对刚柔耦合并联机构进行一系列的分析,最后制作机构的样机验证其特性。具体的研究如下:(1)本文对选定的结构冗余并联机构进行相关的运动学分析,通过对其支链封闭环的研究,可以得到支链中各结构参数之间的关系,并推导出机构的位置反解,奇异性、工作空间和灵巧度。并分析结构冗余部分的参数变化对机构运动性能产生的影响,通过仿真验证机构可以规避奇异位置的特性。(2)对机构的结构进行分析,通过求解其刚度矩阵,并对其进行柔度建模,可以得到机构的柔度矩阵。通过在Adams软件中进行仿真分析,对比全刚性机构和刚柔耦合机构的支链中的三条连杆对机构驱动扭矩产生的影响,选择对机构产生最佳性能的杆件作为柔性构件;并对刚柔耦合机构中柔性杆的结构参数对机构动平台和三个驱动扭矩产生的影响进行分析。对刚柔耦合机构进行有限元建模,对其施加一定的负载进行机构的静刚度研究。(3)对机构进行动力学分析,选择使用拉格朗日方程对机构进行动力学建模,并求解全刚性模型和刚柔耦合模型的动能表达式和重力势能表达式。设置一个仿真动作,以机构驱动扭矩的理论值和仿真值进行对比分析。(4)对机构进行样机制作,通过对其结构设计、电路设计、控制系统的搭建,可以得到三自由度结构冗余并联机构的实物模型,并以机构的三种典型动作进行控制程序设计,验证机构的运动特性。
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