少自由度并聯(lián)裝備構型及約束鏈研究.pdf

1、并聯(lián)構型制造裝備的結構中包含一個或多個并聯(lián)機構，是世界上近年來逐漸興起的一種新構型制造裝備。與串聯(lián)構型相比，并聯(lián)構型具有剛度好、精度高、高速和高加速度等特點，在制造領域具有很廣泛的應用前景。其中，少自由度并聯(lián)機構已成為并聯(lián)構型裝備發(fā)展的重要趨勢。 由于少自由度并聯(lián)機構總體上具有比六自由度并聯(lián)機構更復雜的運動特性，使少自由度并聯(lián)機構機型匾乏。因此，研究少自由度并聯(lián)機構的構型設計有著重要的理論意義和應用價值。又因為約束鏈的結構形式、

2、關節(jié)和自由度配置、精度和剛度等特性對并聯(lián)機構性能有直接影響，所以對各類支鏈以及其運動特性等的研究勢在必行。 本文圍繞少自由度并聯(lián)機構的構型設計和約束鏈相關問題，在對并聯(lián)構型裝備的發(fā)展趨勢進行充分分析的基礎上，在并聯(lián)機構的型綜合方法、約束鏈的構成與分類、不同約束鏈構型的運動學、靜剛度、彈性動力學、精度與誤差等方面進行了比較深入的研究。 具體包括以下內容： (1)研究了與并聯(lián)機構密不可分的螺旋理論、拓撲結構學和群論，

3、闡述了相關的基本概念、基本運算和基本準則，為進一步研究打下理論基礎。 (2)研究了現有并聯(lián)機構型綜合的三種主要方法，包括螺旋約束綜合法，拓撲結構綜合法和位移流型綜合法，詳盡地比較了這些型綜合方法的優(yōu)缺點，并在現有理論基礎上系統(tǒng)地提出添加約束綜合法。利用該方法擴展了若干并聯(lián)機構新機型。 (3)運用添加約束綜合法，對九類少自由度并聯(lián)機構作了較全面的型綜合，綜合出60多種實例，并對這些并聯(lián)機構作了約束分析、自由度計算、約束度計

4、算和耦合度計算，并判斷了控制解耦性，對各類機構作了構型上和解耦性的比較，為機構的優(yōu)選提供了依據。 (4)研究了主動鏈和約束鏈的構成方法，系統(tǒng)地綜合出13種主動鏈類型，以及113種約束鏈，其中大多是新型約束鏈。并對其中的37個約束鏈按約束鏈所具有的自由度數排列，作了約束特性、自由度數、結構要求等分析，最后應用螺旋理論對12種典型約束鏈作了約束分析和計算。 (5)研究了不同約束鏈構型的機構運動學問題。對部分并聯(lián)機構作了位置、

5、速度、工作空間和可操作度分析和計算，研究了機構的解耦性、運動平穩(wěn)性、運動性能以及機構的奇異性。并用ADAMS軟件對具有串聯(lián)式基本構型、平行四邊形4R型，以及含有圓柱副C和虎克鉸T型約束鏈的并聯(lián)機構進行運動學動態(tài)仿真。 (6)研究了不同約束鏈對并聯(lián)機構剛度的影響，建立了考慮主動鏈以及考慮約束支鏈時的剛度數學模型，并利用大型通用有限元仿真軟件ANSYS對不同構型機構作了受力變形仿真和剛度計算，了解了并聯(lián)機構在不同約束鏈下剛度變化的規(guī)