一种新型五自由度并联机床的运动学和动力学分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sst3562008
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并联机床作为机床技术和机器人技术相结合的产物,是从上世纪90年代开始发展起来的,被认为是“21世纪的新式数控机床”。与传统串联机床相比,具有精度高、刚度大、结构较简单、模块化程度高等优点,具有较高的科研价值和良好的应用前景。近年来,少自由度并联机床因其结构较6自由度并联机床结构简单,经济便宜,开发周期短,逐渐成为新的研究热点。  本文研究了一种新型的五自由度并联机床,首先提出该新型并联机床的构型,然后分析该并联机床的位置姿态,通过向量法建立位置逆解方程,然后推导出速度、加速度的计算公式,并建立了该机构五阶的速度雅克比矩阵,对机床的运动学性能进行了描述。  本文分析了影响该机床工作空间的奇异位形和几何约束条件,包括杆长约束、转动副最大转角约束及杆件之间的干涉约束等。通过定义灵活刀具倾斜角,对工作空间进行了降维描述,实现了工作空间的三维搜索,运用极坐标搜索法通过MATLAB编程搜索出该机床在一系列刀具倾斜角下的可视工作空间。  应用凯恩方程建立了并联机床的动力学模型,即在已知运动的情况下求出驱动力的表达。通过MATLAB编程,仿真分析了动平台在做圆周运动时驱动力的变化曲线,为并联机床电机驱动力控制提供了力学模型,并为机床动力学更进一步分析以及运动控制提供了参考。  本课题对丰富少自由度并联机床的研究具有一定的理论价值;对满足当今社会对高性能并联机床的需求具有重要意义。
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