一种两转一移并联机构的运动学分析和尺寸优化

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两转一移三自由度并联机构是少自由度并联机构中非常重要的一类机构,其中有3-RRS、3-RPS、3-PRS、3-PPS等经典机构构型。因其具有刚度高、承载能力强、精度高、机构紧凑等诸多特性,引起了国内外学者的热切关注,并已成为行业内的热点研究领域。现阶段无论是在工业机械还是在医疗机械行业,都具有良好的应用前景。  本课题以一种新型SRR-URR-URS并联机构为研究对象,运用机构学中基础理论分析了并联机构的运动特性,并基于工作空间和性能指标对该并联机构进行了尺寸参数的优化,主要研究内容包括以下几个方面:  首先,建立了这种新型并联机构模型,并介绍了这种模型的组成和特点。基于螺旋理论对其进行了自由度以及输入选取的分析,同时验证了机构自由度数目的正确性。运用运动学基本理论分析和验证了并联机构的位置正逆解,为该并联机构的结构特性分析奠定了理论基础;  其次,采用边界搜索法,借助Matlab软件仿真出基于不同结构尺寸参数下工作空间的大小及形状。通过逆解解析式建立其雅克比矩阵,利用Gosselin和Angeles的分类方法对该机构的奇异性进行了分析及仿真,并列出了该并联机构边界奇异时的部分机构位型;  最后,基于工作空间和性能指标进行机构尺寸的优化。建立并联机构基本尺寸参数与工作空间、工作空间体积与自身体积之比、灵活度和刚度之间的关系,通过分析和观察,优化并选取了合适的尺寸参数取值范围。给出优化前后的两种方案进行对比,继而验证了选取机构最优尺寸参数的合理性。
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